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구연산/칼슘/인산염 용액을 이용한 토양 중금속 안정화: 토양 미생물이 미치는 영향
Stabilization of Heavy Metals using Ca-Citrate-Phosphate Solution: Effect of Soil Microorganisms

송호철    (한국지질자원연구원   ); 송두섭    (충북대학교 지구환경과학과   ); 조동완    (연세대학교 환경공학부   ); 박성원    (한국지질자원연구원   ); 최상훈    (충북대학교 지구환경과학과   ); 전병훈    (연세대학교 환경공학부   ); 이장호    (연세대학교 사회환경시스템공학부   ); 박준홍    (연세대학교 사회환경시스템공학부  );
  • 초록

    거풍광산 주변 밭의 오염된 중금속을 토양오염공정시험법과 TCLP를 이용하여 분석한 결과 비소, 납, 카드뮴, 구리, 아연과 같은 중금속의 농도가 전국 토양 평균치를 초과하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 중금속 오염된 토양의 안정화를 위해서 구연산칼슘인산염 용액을 이용하는 방안에 대한 기초연구를 실험실 조건과 현장 조건에서 수행하였다. 실험실 조건에서 구연산칼슘인산염 용액을 투여한 실험 결과, 고압멸균처리한 반응조에 비해 토착미생물 군집이 존재하는 반응조에서 용존 인산염의 농도가 현격히 감소하였으며, 중금속 안정화율도 높다는 것을 확인하였다. 현장 실험에서도 구연산칼슘인산염 용액 투여가 용존 인산염 감소와 중금속 안정화 결과를 가져왔다. 이는 미생물의 인산염 사용이 중금속 안정화 향상에 도움이 되었음을 의미한다. 현장 실험에서 미생물군집을 분석한 결과, 구연산칼슘인산염 용액 투여로 다양성이 증대되었으며, Anaerofilum과 Treponema 같은 혐기성 미생물 개체가 우점종으로 발현되는 결과를 얻었다. 이러한 결과들을 살펴볼 때, 구연산칼슘인산염의 투여로 인한 토착미생물 신진대사 활성화를 통해서 토양 내 혐기성 환원 조건을 제공하거나 토양미생물이 인산염을 중금속 안정화에 이용되기 쉽게 도와주는 미지의 기작을 통해서 해당 현장의 중금속 안정화에 기여한 것으로 해석된다.


    A farming area located near an abandoned copper mine in GuPo-ri, Choongchung province is heavily contaminated with heavy metals such as As, Pb, Cd, Cu and Zn of which concentrations are higher than the values typically detected in Korean soil environment. In this work, laboratory and field studies were conducted to examine feasibility of using Ca-citrate-phosphate solution in stabilizing heavy metals in the polluted soils. In laboratory batch experiments with field soil, the addition of Ca-citrate-phosphate solution resulted in decrease of aqueous phase concentration of phosphate and improvement of heavy metal stabilization, compared to those for sterilized soil samples. This indicates that microbial uptake of phosphate may have provided positive effects on availability of phosphate toward heavy metal stabilization. According to microbial community analysis for the field experiment, the use of Ca-citrate-phosphate led to increased diversity of microbial populations, and strict anaerobic microorganisms such as Anaerofilum and Treponema became the most dominant populations in the solution-amended field experiments. These findings suggest that, when Ca-citrate-phosphate is used for heavy metal stabilization in soils, microbial processes may have important roles in improving the stabilization of heavy metals by providing reducing conditions to the treatment locations or/and by making phosphate available to heavy metal stabilization.


  • 주제어

    중금속 안정화 .   인산염 이용가능성 .   토양미생물.  

  • 참고문헌 (18)

    1. 이의상, 장영천, 이상봉, “중금속 오염토양에 대한 액상인산염 복원기술의 적용성 평가,” 한국폐기물학회지, 21(7), 677-683(2004) 
    2. Xu, Y. and Schwartz, F. W., “Lead immobilization by hydroxyapatite in aqueous solutions,” J. Contam. Hydrol., 15(3), 187-206(1994) 
    3. Xu, Y., Schwartz, F. W., and Traina, S. J., “Sorption of $Zn^{2+}$ and $Cd^{2+}$ on hydroxyapatite surface,” Environ. Sci. Technol., 28(8), 1472-1480(1994) 
    4. Genc-fuhrman, H., Bregnhoj, H., McConchie, D., “Arsenate removal from water using sand-red mud columns,” Water Res., 39(13), 2944-2954(2005) 
    5. 환경부, 토양환경보전법 시행규칙 별표3 토양오염우려기준 
    6. Fernane, F., Mecherri, O. M., Sharrock, P., Hadioui, M., Lounici, H., and Fedoroff, M., “Sorption of cadmium and copper ions on natural and synthetic hydroxylapatite particles,” Mater Charact., 59(5), 554-559(2008) 
    7. Moore, R. C. and Sanchez, C., “Formation of hydroxyapatite in soil using calcium citrate and sodium phosphate for control of strontium migration,” Radiochim. Acta, 92(9-11), 719-723(2004) 
    8. U.S Environmental Protection Agency Home Page, http://www.epa.gov/sw-846 /pdfs/1311(1992) 
    9. Andrew, V. O., Mark, L. M., James, B. H., Jeffrey, B., and Charles, A. P., “Effect of DNA polymer length on its Adsorption to soils,” Appl. Environ. Microbiol., 60(2), 393-396(1994) 
    10. Khanna, M. and Stotzky, G., “Transformation of Bacillus subtilis by DNA bound on montmorillonite and effect of DNase on the transforming ability of bound DNA,” Appl. Environ. Microbiol., 58(6), 1930-1939(1992) 
    11. 환경부, 토양오염공정 시험방법(환경부고시 제 2002-122호), 2002 
    12. Dupont, D. P., Duhamel, G. E., Carlson, M. P., and Mathiesen, M. R., “Effect of divalent cations on hemolysin synthesis by Serpulina (Treponema) hyodysenteriae: inhibition induced by zinc and copper,” Vet. Microbiol., 41(1-2), 63-73(1994) 
    13. Zellner, G., Stackebrandt, E., Nagel, D., Messner, P., Weiss, N., and Winter, J., “Anaerofilum pentosovorans gen. nov., sp. nov., and Anaerofilum agile sp. nov., two new, strictly anaerobic, mesophilic, acidogenic bacteria from anaerobic bioreactors,” Int. J. Syst. Bacteriol., 46(4), 871-875(1996) 
    14. 기동원, 박준홍, 이재진, 노백호, “현장 측정된 토양미생물 종 다양성과 생태자연도 등급 자료 간의 통계적 상관관계 평가와 토양생태의 질 산정방안 제안,” 대한토목학회논문집, 27(6B), 703-710(2007) 
    15. 강정후, 최태범, 선용호, 장윤영, “Phosphate를 이용한 중금속 오염토양의 안정화,” 대한환경공학회지, 25(5), 554(2003) 
    16. 환경부, 2007년 토양측정망 및 실태조사 결과, http://www.me.go.kr/depart/dev/info_menu_dept.jsp?depart_code=0063(2007) 
    17. Ma, Q. Y., Traina, S. J., Logan, T. J., and Ryan, J. A., “In situ lead immobilization by apatite,” Environ. Sci. Technol., 27(9), 1803-1810(1993) 
    18. Bertocchi, A. F., Ghiani, M., Peretti, R., Zucca, A., “Red mud and fly ash for remediation of mine sites contaminated with As, Cd, Cu, Pb and Zn,” J. Hazard. Mater., 134(1-3), 112-119(2006) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (3)

    1. Jeon, Jonwon ; Bae, Bumhan ; Kim, Younghun 2010. "Applicability Test of Various Stabilizers for Heavy Metals Contaminated Soil from Smelter Area" 한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, 11(11): 63~75     
    2. Moon, Deok-Hyun ; Cheong, Kyung-Hoon ; Kim, Tae-Sung ; Khim, Jee-Hyeong ; Choi, Su-Bin ; Ok, Yong-Sik ; Moon, Ok-Ran 2010. "Stabilization of Pb Contaminated Army Firing Range Soil using Calcined Waste Oyster Shells" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 32(2): 185~192     
    3. 2015. "" Korean journal of Soil Science and Fertilizer, 48(2): 138~145     

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