본 연구에서는 하천 및 호소수 내 오염퇴적물의 영양염류 용출 억제를 하기 위하여 복합유용미생물제재가 고정화된 반응성 피복재를 제작하고 호소수 하부에 있는 오염퇴적토에서의 영양염류 용출 저감과 수질정화 효과를 분석하였다. 반응성 피복재는 석영반암과 진주암을 주성분으로 이루어진 Q1, Q2 반응성 피복재(A type)와 화산모래가 주성분인 V1, V2, V3 반응성 피복재(B type)를 제작하였으며 선행연구결과 우수한 효율을 지니고 있는 복합유용미생물을 반응성 피복재에 고정화하여 실험을 수행하였다.
복합유용미생물은 EM bacteria, Bacillus, 복합탈질균으로 이루어져있으
며 각각의 미생물들이 1 : 1 : 1 의 혼합 비율로 구성되어 있다. 또한 반응성 피복재의 입자 크기를 0.8mm 이하와 23mm 이하로 구분하여 제작하였다.
대상 원수로는 여름철마다 녹조가 빈번하게 발생하고 부영양화 지수에 따라 부영양화도가 높은 호소수를 대상으로 선정하여 시료를 채취하였으며 실험실 규모의 반응조를 이용하여 축소된 호소수 환경을 구성하였다.
채취한 시료를 대상으로 5가지의 반응성 피복재는 고정화 되어 있는 미생물의 함량과 주요 성분의 구성비에 따라 구분되어지며 반응성 피복재 선정 실험을 통하여 최적의 반응성 피복재를 선정하였다. 반응성 피복재 종류별 오염물질의 제거효율은 Q1의 경우 COD 59.0%, T-N 28.2%, T-P 80.1%, Q2의 경우 COD 46.7%, T-N 22.4%, T-P 64.9%, V1의 경우 COD 76.9%, T-N 39.3%, T-P 79.2%, V2의 경우 COD 57.5%, T-N 0.2%, T-P 76.1%, V3의 경우 COD 67.8%, T-P 70.3%의 효율을 보였으며 실험 결과 화산모래가 주성분으로 이루어진 V1의 효율이 가장 우수하게 나타났다.
효율이 우수한 V1 반응성 피복재를 이용하여 오염퇴적토에 대한 용출 차단 실험과 반응성 피복재 크기에 따른 실험, 반응성 피복재의 농도별 적용성 평가, 반응성 피복재의 최적 피복 두께 선정 실험을 수행하였으며 SEM/EDX 분석을 통하여 반응성 피복재의 물리적 용출 차단 및 수질정화효율을 파악하였다.
반응성 피복재의 오염퇴적토에 대한 용출 차단 실험 결과 대조군에 비하여 COD 90.1%, T-N 83.0%, T-P 84.4%의 높은 차단율을 보였으며 반응성 피복재의 크기별 실험 결과 0.8 mm 이하와 23 mm 이하의 크기가 혼합된 실험군에서 가장 좋은 수질정화효율의 결과를 얻을 수 있었다. 고농도와 저농도에서의 반응성 피복재 적용성 실험 결과 반응성 피복재에 고정화 되어 있는 복합유용미생물에 의한 생물학적인 처리와 반응성 피복재 표면에 흡착에 의한 유기물과 영양염류의 제어가 가능한 것으로 나타났다. 반응성 피복재의 최적 피복 두께를 선정하기 위하여 피복재 적용 두께를 2cm, 4cm, 6cm, 8cm로 구분하여 실험을 진행했으며 실험 결과 적정 피복 두께는 6cm로 판단하였다.
반응성 피복재의 효율 유지 기간을 파악하기 위하여 반응성 피복재의 적용 기간에 따른 유기물과 영양염류의 영향에 대한 실험을 진행하였고 실험 결과 대조군과 비교하여 반응성 피복재가 적용되어 있는 실험군에서는 오염퇴적토 내에서 용출되는 물질들이 지속적으로 차단되는 결과를 얻을 수 있었으며 이에 따른 실험 종료 후 효율은 COD 58.7%, T-N 82.3%, T-P 91.2%로 나타났다.
SEM 분석 결과 반응성 피복재 표면에 의한 입자성 물질의 흡착으로 오염물질의 제어가 가능하고 EDX 분석 결과 실험에 사용된 반응성 피복재 표면에서 탄소, 질소, 인 등의 함량이 증가하는 결과가 나타났다. 이는 반응성 피복재에 고정화 되어 있는 복합유용미생물의 증식과 유기물 및 영양염류의 흡착에 관계가 있는 것으로 판단되었다.
본 연구에서 적용된 복합유용미생물이 고정화 되어 있는 반응성 피복재는 복합유용미생물에 의한 생물학적인 작용과 반응성 피복재 표면에 흡착에 의한 물리적인 작용으로 인하여 수질정화와 우수한 용출 차단 효율을 나타내었다. 따라서 본 연구 결과를 토대로 하천 및 호소수에 적용 시 높은 수질 개선 효과를 기대할 수 있고 녹조 발생 및 부영양화의 사전 예방과 사후 처리에도 적용 가능한 방안으로 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

Contaminants such as organic matters and nutrients in rivers and lakes are removed from the water and accumulated in the sediments. When they are released into the water column again, they bring to harmful effects on the water quality and aquatic ecosystems. In this study, the effect on reducing nutrient release in sediments and purifying water was evaluated with reactive capping material immobilizing effective microorganisms. Reactive capping material were produced as A type (Q1, Q2 ; main component is Pearlite, Quartz porphyry) and B type (V1, V2, V3; main component is volcanic sand). Immobilized reactive capping material is formed by EM- beneficial microorganism, Bacillus subtilis, denitrification microorganisms. Also, microorganism is mixed by 1 : 1 : 1 manner and exist that more than 106 cfu/mg. The experimental Resultss showed that release block efficiencies with Q1 were COD 59%, T-N 28% and T-P 80% and Q2 release block efficiencies were COD 46%, T-N 22% and T-P 64%, V1 were COD 76%, T-N 39%, T-P 79, V2 were COD 57%, T-N 0.2%, T-P 76%, V3 were COD 67%, T-P 70% respectively. The best efficiency of capping materials shows from V1. This experiments were performed by selected V1 and experiments confirmed release inhibition of reactive capping material.
The experimental results showed that release inhibition experiment with V1 were COD 90%, T-N 83%, T-P 84%. And experimental Results by size was showed that the higher release block efficiency for organic matter and nutrient at reactive capping material containing mixed size(0.8mm + 23mm) particulate. The experiment performed about purification capacity each concentration by application reactive capping material. Target raw water was wastewater treatment plant influent and pond water. The experimental results showed that different raw water concentration with V1 were showed to be excellent efficiency about water purification and release block at contaminated sediment. So reactive capping material was confirmed to be successful removal efficiency at various concentration. And the optimal thickness was 6cm by experimental result. It was concluded that organic matter was treated by biological treatment and adsorption of the reactive capping material. Immobilized microorganism in reactive capping material used carbon source in water organic matters. T-P was reduced by PAOs in raw water by anaerobic and aerobic condition repeatedly. So reactive capping material was showed to be the purification ability of T-N and T-P. The experimental results by SEM/EDX showed that reactive capping material increased in the C, N, P contents after experiment. Because of reactive capping material could be regard to relate microorganism growth and organic matter and nutrients adsorption.
Therefore reactive capping material can improve the problems of the conventional capping material and available in various fields. Also, it is regarded that prevention and maintenance of eutrophication be possible. Based on the above results, it is expected that the application of capping material will contribute to improving the natural purification.