Electrokinetic Restoration for Agricultural Saline Soil

국문 초록 (Abstract)

최근 많은 농경지에서 비닐하우스를 이용하여 연작재배를 행하고 있고 이로 인한 염류집적현상이 가속화되고 수확량의 감소를 초래하고 있다. 염은 토양 공극수의 증발현상에 의하여 상층으로 이동하기 때문에 염류집적현상은 주로 표토에서 나타나고, 토양 표면에 흡착된 염은 용해도가 높고 이온상태로 존재한다. 토양에서의 염류집적 정도는 EC로 나타낼 수 있다. 전기역학적 정화공법 (EK) 은 이온의 이동성을 증가시킬 수 있고 비교적 경제적인 방법으로, 본 연구에서는 이 방법을 이용하여 염류토양의 정화타당성과 염의 이동성을 평가하고자 lab scale 및 pilot scale에서 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 토양은 실제 시설재배지에서 채취하였으며, 고농도로 존재하는 염이 각각 달랐다. Cl-, NO3-, SO42- 와 같은 음이온은 전기이동에 의하여 양극방향으로 이동하였으며 Ca2+, K+, Mg2+, Na+과 같은 양이온은 음극방향으로 이동하였다. NO3-는 염들 중 이동속도가 가장 빨랐으며 가장 높은 제거율을 나타내었다. Cl-는 NO3-만큼은 아니지만 비교적 이동이 잘 되었으며 EK 적용 시 약 6일 정도에서 거의 모든 Cl-가 제거되었다. SO42-는 음이온들 중 가장 제거하기 어려운 물질로 16일 정도의 충분한 기간에서 평균 EC의 기준치를 만족할 수 있었다. 모든 lab scale 실험의 종료 후 EC는 SO42- 의 분포와 비슷하였으며 이는 EK 적용 후 토양에 주로 존재하는 염은 SO42-이기 때문이다. 비록 SO42-의 EC 기여도가 가장 낮으나, 토양 EC의 기준치를 만족하기 위하여 이를 제거하는 것이 중요하다. Ca2+는 토양 구간에서 전기이동만 나타날 뿐 높은 제거율은 얻지 못하였으나, SO42- 집적토를 이용하여 16일 동안 EK를 적용 하였을 때 약 70%가 제거되었으며 이는 SO42-와 결합하여 침전된 것으로 사료된다. Pilot scale 실험 결과, 토양 중의 수분은 EOF가 더 이상 발생하지 않았던 5일 이후로 증발로 인하여 상층으로 이동하고 표토에서 낮은 수분함량을 나타내었다. 공극수에 용해되어 있던 염 또한 그 이동과 함께 상층에서 고농도로 존재하였으며 토양의 EC는 초기보다 증가하였다. 또한 실험 종료 후 치환성 Ca2+의 양이 증가하면서 초기보다 증가하여 lab scale 실험에서와 상이한 결과를 보였다.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT i
• CONTENT iii
• LIST OF FIGURES v
• LIST OF TABLES vii
• Chapter 1. Introduction
• 1.1. Saline soil and plastic film house 1
• 1.2. Electrokinetic (EK) process 3
• 1.3. EK application for saline soil 4
• 1.4. Research objectives 7
• Chapter 2. Materials and methods
• 2.1. EK experiment 8
• 2.1.1. Lab scale study 8
• 2.1.2. Electrode configuration study 9
• 2.1.3. Pilot scale study 10
• 2.2. Saline soil
• 2.2.1. Nitrate accumulated soil 13
• 2.2.2. Sulfate accumulated soil 14
• 2.2.3. Nitrate and sulfate accumulated soil 15
• 2.3. Analytical method 15
• Chapter 3. Results and discussion
• 3.1. Nitrate accumulated soil 17
• 3.1.1. Current change and EOF 17
• 3.1.2. Soil pH 19
• 3.1.3. Removal efficiency 20
• 3.1.4. Soil EC distribution and energy consumption 24
• 3.2. Sulfate accumulated soil 26
• 3.2.1. Current change and EOF 26
• 3.2.2. Soil pH and water content 27
• 3.2.3. Removal efficiency 29
• 3.2.4. Soil EC distribution and energy consumption 34
• 3.3. Nitrate and sulfate accumulated soil 36
• 3.3.1. Current change and EOF 36
• 3.3.2. Soil pH 38
• 3.3.3. Salts removal efficiency 38
• 3.3.4. EC distribution and energy consumption 41
• 3.4. Pilot scale study 42
• 3.4.1. Current change and EOF 42
• 3.4.2. Soil pH and water content 43
• 3.4.3. Salts removal 47
• 3.4.4. EC distribution and energy consumption 57
• Chapter 4. Conclusions 59
• REFERENCE 61