중금속 오염 토양의 생물학적 복원방법
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중금속 오염 토양의 생물학적 복원방법 {Method of Biological remediation for heavy metal contaminated soil}
본 발명은 중금속 오염토양의 생물학적 복원방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 카드뮴, 납, 아연 등 중금속으로 오염된 토양으로 부터 유해한 오염물질을 식물을 이용하여 제거하고 토양을 안정화 및 무독화 하는 생물학적 복원기술에 관한 것이다.
식물학적 오염토양 복원기술에 대하여 외국의 경우 1990년대에 들어서서 각 오염물질에 대해 정화기능을 가지고 있는 식물체의 선발과 정화능의 극대화 방안및 오염현장의 적용 평가에 관한 연구가 활발해지기 시작하였으며 국내에서는 1990년대 중반에 진입하면서 일부 연구자들에 의해 중금속의 축적식물 또는 내성식물을 탐색하기에 이르렀다.
본 발명자들은 1994년부터 국내의 중금속 오염지역을 대상으로 내성식물 선발작업을 실시하였으며 일부 보완조사를 실시한다면 국내 중금속 오염 농경지, 정화에 적절한 식물종 뱅크(plant specis bank)를 구축할 수 있게 되었다. 일부 식물종에 대하여는 체내 황대사와 연계된 phytochelatin이 관여하는 중금속 축적메카니즘을 규명하였으며 이를 기초로 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 납(Pb) 등의 중금속 흡수 축적 및 토양내에서 고정화 작업을 병행할 수 있도록 연구되었다.
Phytoremidation방법의 방향은 중금속 내성식물을 선발 육종하는 단계, 중금속 오염지역의 생물학적 복원기술의 확립단계 및 체내 축적식물의 효과적인 사후 처리단계로 구성된다.
미국의 경우 Phytoremidation관련 기업이 100여개가 넘는 실정이며 우리나라의 경우 이제 초보단계에 머물고 있는 실정이다.
본 발명은 중금속 내성식물을 이용하여 중금속 오염토양을 효과적으로 복원하는 기술을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 중금속 내성식물을 선정하고, 이를 중금속 오염토양에 직접 현장적용실험(field test)을 통하여 위해성 화학물질들이 토양에서 어떻게결합(binding)되는 가를 규명하므로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 구체적인 구성 및 그 작용효과를 실시예를 들어 상세히 설명한다.
도 1은 무처리구와 황처리구 토양의 쑥 재배전 후 Cd형태별 함량 변화를 보인 그림
도 2는 Zn 형태별 함량 변화를 보인 그림
도 3은 Pb 형태별 함량 변화를 보인 그림이다.
본 발명은 중금속 축적식물 또는 중금속 내성식물로서 쑥(Artemisia princeps)을 선택하고 유황분말(S)을 피처리토양에 쑥재배전에 토양살포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로서 공시식물이 되는 것은 쑥으로 하고, 현장 실험을 통하여 유황투여가 쑥의 식물체내 황영양수준이 증가되면서 오염물질인 카드뮴(Cd) 등 중금속의 흡수 증대효과를 확인하고 그에 따라 휴폐광 광산토양에 1ha당 0.3톤∼0.6톤의 비율로 하여 Plot내에 각각 30g과 60g을 균일하게 살포하였다.
실시예 1. 중금속 카드뮴(Cd)의 형태별 함량 조사
본 발명의 공시토양은 가학광산 실험포장 토양으로 하였으며 공시토양에 있어서 중금속의 식물체 유효도 평가를 위해 쑥을 재배전 후 토양 중 중금속의 형태별 함량을 하기 Chang et al(1984)의 방법으로 정량화 하였다.
즉, 풍건토양 2g을 polyethylene centrifuge tube에 넣어, 각각의 추출제를 가하여 진탕한 후 원심분리하여 상등액을 취하였고 추출액의 중금속 농도(mg/kg)는 원자흡광 광오계(AAS)로 정량하였다.
침출액 중 중금속의 함량(mg)=C ×25g - C' ×M(여기서, C는 침출액 중 중금속의 농도(mg/kg), C'는 선행침출과정의 침출액 중 중금속의 농도(mg/kg), M은 토양중에 남아있는 선행침출액의 잔량(g)이다.
실험결과, 도 1은 무처리구와 황처리구의 고려쑥 재배전 후 Cd의 형태별 함량변화를 비교한 것으로 황처리구의 토양은 재배전에 비해 재배후가 치환태 함량이 증가하였고 황화물 잔류대의 함량이 감소하므로서 황처리로 인하여 Cd이 공시식물 체내에 축적됨을 알 수 있었다.
실시예 2. 중금속 아연(Zn)의 형태별 함량 변화 조사
상기 실시예 1과 같이 수행한 결과 도 2에 표시한 바와 같이 공시토양에서 쑥 재배전에 비해 재배후의 아연(Zn) 총함량이 감소하였으며 특히 황 0.6ton/ha 처리구에서의 총함량의 감소폭이 현저히 컸다. 황처리구의 토양은 재배전에 비해 재배후에 치환태 함량과 유기물 고정된 함량은 증가하였으나 탄산염산화물 형태와 황화물 잔류대의 함량은 감소하였다.
실시예 3. 중금속 납(Pb)의 형태별 함량 변화 조사
상기 실시예 1과 같이 수행한 결과 도 3에 표시한 바와 같이 공시토양에 있어서 쑥 재배전에 비해 황처리구의 토양은 재배후가 치환태 함량은 증가하였으며 유기물고정태, 탄산염 산화물태, 황화물잔류태의 함량이 감소되었다.
이상의 실시예를 통하여 명백한 바와 같이 공시토양에 있어서 황처리구 공시식물을 재비한 결과 재배전에 비하여 재배후의 황처리구의 토양의 치환태 중금속 함량이 모두 증가하므로서 휴.폐광산 토양과 같이 중금속오염토양의 정화효과가 뛰어남을 알 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 확인할 수 있듯이 본 발명은 카드뮴, 아연, 납 등 중금속으로 오염된 토양 또는 휴.폐광산 토양에 대하여 고려쑥 재배전에 유황분말(S) 처리수단을 도입하므로서 Phytoremidation을 효과적으로 달성할 수 있는 뛰어난 효과가 있으므로 환경정화 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
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