중금속과 유류로 복합 오염된 토양 의 치유를 위한 Phytoremediation과 Humic acid의 동시 적용성 평가

Abstract

본 연구는 중금속과 유류로 복합 오염된 토양의 효과적인 치유를 위하여 phytoremediation에 식물의 성장과 오염물질의 이동성을 조절할 수 있는 humic acid(HA)를 동시 적용하고자, 오염토양에 HA를 첨가하여 토양의 이화학적 특성변화와 식물의 성장, 그리고 오염물질의 제거에 미치는 영향에 관한 실험을 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 실험에 적용될 식물을 선정하기 위하여 발아실험을 실시한 결과 오염되지 않은 대조군토양에서는 해바라기 > 톨페스큐 > 알팔파 > 유채 > 적겨자 > 갈대 순으로 높은 발아율을 보였다. 2. 오염토양에서는 적겨자와 갈대는 발아가 이루어지지 않아 이들 식물을 이용하기 위해서는 이식이 필요한 것으로 나타났다. 3. HA 첨가에 따른 식물성장과 오염물질에 미치는 영향을 조사하기 위한실험결과 HA 첨가에 따른 오염토양의 이화학적 특성변화는 유기물함량과 유기탄소, 토양 pH, 양이온교환능력(CEC), 탈수소효소활성도(DHA)를 증가시켜 식물의 발아 및 성장을 증가시키는 토양 특성으로 변화되는 것으로 나타났다. 4. HA의 첨가에 의해서 토양 미생물을 포함한 토양생물들의 에너지원으로 사용되는 탄소(C)가 약 62% 증가되는 것으로 나타났으며, 토양 pH의 경우에는 HA 첨가에 의하여 초기에는 약 알칼리성으로 증가하다가 시간이 지날수록 중성토양으로 바뀌며, 양이온교환능력이 상승하여 식물체로의 필수원소 흡수가 증가되어 식물성장과 미생물 생장에 적당한 토양으로 바뀌는 것으로 나타났다. 5. 토양내 중금속은 HA 첨가에 의하여 토양내에서 중금속의 이동성 부분의 감소와 식물의 흡수성 부분의 증가 가능성을 실험을 통하여 확인할 수 있었다. 6. 토양 중금속 분석결과 근권에서 채취한 토양의 중금속 농도는 60일 동안 Cu와 같은 특정 중금속에서 다른 중금속에 비하여 높은 제거율을 보였으며, 다른 중금속의 경우에는 식물축적에 의하여 중금속을 제거하는 phytoremediation의 효과를 보이기에는 60일이라는 식물성장기간이 부족하여 제거율이 낮게 나타났다. 하지만 넓은 범위의 오염토양에 충분한 식물량과 식물 성장기간을 두고 현장실험을 한다면 중금속 제거효율은 더욱 향상될 것이라 생각된다. 7. 식물체 부위별 중금속의 농도는 shoot/root가 < 1로 나타나 뿌리에서 중금속이 농축되는 것으로 나타났다. HA 첨가에 따른 중금속 축적량(mass)은 유채와 갈대의 경우에는 줄기부분에 주로 축적되는 것으로 나타났으며, 톨페스큐와 해바라기의 경우에는 뿌리부분에 주로 축적되는 것으로 나타났다. 8. 유류의 경우에는 식물체별 TPH 제거율이 해바라기 > 톨페스큐 > 유채 > 대조군 > 갈대 순으로 나타났으며, 오염토양과 오염HA토양에 대한 TPH 제거율 차이는 대조군 14.6%, 유채 40.9%, 해바라기 19.2%, 톨페스큐 10.4%, 갈대 10.6%로 HA 첨가토양의 TPH 제거율이 더 높은 것으로 나타났다. 9. Diesel범위 중 분자량에 따른 제거패턴은 오염토양에서는 C_(11)~C_(24)의 범위에서 제거가 나타났으며, 오염HA토양에서는 C_(9)~C_(28)의 범위에서 제거가 나타나 HA 첨가에 따라 TPH 제거범위가 넓어지고, 제거율도 증가되는 것을 볼 수 있었다. 10. 토양내 TPH제거는 뿌리주변에 서식하는 미생물에 의한 분해로 이루어지며, 유류로 오염된 토양에서 DHA가 높게 나타나고, HA의 첨가에 의하여 DHA가 더 상승하는 것으로 나타나 phytoremediation에서 humic acid의 적용이 TPH제거능 향상에 효과가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과에 비추어 HA 첨가에 의하여 토양 중금속의 이동성을 감소시키는 것을 볼 수 있으며, 이동성이 감소된 중금속의 식물 이용성을 증가시켜 식물이 중금속을 더 많이 흡수 할 수 있음을 보여주었으며, 탈수소 미생물의 활성 증진에 의한 TPH의 제거능이 향상되는 것을 볼 수 있었다. 또한 이러한 과정에 영향을 미치는 식물뿌리의 성장증진효과를 보여, phytoremediation과 humic acid의 동시적용을 통한 치유방법이 토양 생태계의 기능을 회복함과 동시에 일부 중금속과 유류와 같은 오염물질의 제거능 향상에 기여할 수 있는 것으로 나타났다.

The objectives of this study was to select the appropriate plant species and to evaluate the effect of humic acid(HA) addition to enhance the efficiency of phytoremediation for the soil contaminated with heavy metals and diesel. The soil was artificially contaminated with heavy metals (Cd, Pb, Cu, Ni) and diesel at concentrations of soil contamination standard, and humic acid(1%, 2%) was added to the contaminated soil. The germination and remediation tests were conducted. six plants such as Brassica campestris, Phragmites communis, Medicago sativa, Brassica juncea, Festuca arundinacea, Helianthus annuus and 4 plnats such as Brassica campestris, Phragmites communis, Festuca arundinacea, Helianthus annuus were selected for germination test and remediation test, respectively. In germination test, all plants except Phragmites communis and Brassica juncea germinated at concentrations of apprehension-standard (B area) and HA addition had an effect of germination promotion on the plants. The HA added soil improved the soil quality for plant growth by increasing organic content, soil pH, CEC and DNA and also help remove soil pollutants by increasing plant growth promotion and microbial activity. Heavy metals in soil sorption into HA were removed by uptake of plants. The plants which grew in HA added soil shows high accumulation rate in the heavy metals content of plants. Diesel was degraded by microorganism in the rhizosphere due to increasing in HA applied and microbial activity in HA added soil. The removal rate of Diesel condition and plants showed different result with plant species. The removal efficiency were from 4% to 85% with increasing plant growth and microbial activity.