바이오로깅

Bioclogging

생물체 로깅이나 생물학적 막힘은 미생물 바이오매스, 즉 세포외 고분자 물질(EPS)과 같은 그들의 부산물에 의해 토양의 공극 공간을 막아버리고 있다. 미생물 바이오매스는 모공공간에서 물의 통로를 차단해 토양에서 일정 두께의 불침투층을 형성하고, 물의 침투율을 현저히 감소시킨다.

인공충전 연못, 집진 참호, 관개 수로, 하수처리 시스템, 매립선 등 다양한 현장 조건에서 지속적인 연못 침투를 통해 생물 로깅이 관찰된다. 투과성 반응 장벽, 미생물 강화 오일 회수 등 대수층의 지하수 흐름에도 영향을 미친다. 적정 속도로 물이 침투해야 하는 상황에서는 바이오로깅이 문제가 될 수 있고 정기적으로 계통을 건조하는 등의 대책이 강구된다. 어떤 경우에는 생물 로깅을 이용하여 침투율을 최소화하기 위해 불침투층을 만들 수 있다.

일반 설명

시간에 따른 투과성 변화

침투율 감소로 바이오로깅이 관찰된다. 1940년대 인공충전 연못의 침투를 연구하고 농업용 토양에 물을 뿌리는 연구를 위해 연못 침투를 통한 침투율 저하가 관찰되었다.[1] 토양이 계속 잠기면 투과성 또는 포화유압전도도가 3단계로 변화하는데, 이는 다음과 같이 설명되었다.

  1. 토양 구조의 물리적 변화로 인해 10일에서 20일 정도 투과성이 감소한다.
  2. 토양에 갇힌 공기를 퍼콜링 물에 녹여 투과성이 증가한다.
  3. 골재 분해 및 미생물 세포와 그 합성 제품, 슬라임 또는 다당류로 토양 모공의 생물학적 막힘으로 투과성이 2~4주간 감소한다.

3단계는 생물 로깅의 모든 현장 조건에서 반드시 구별되는 것은 아니다; 2단계는 명확하지 않을 때, 투과성은 계속 감소한다.

다양한 종류의 막힘

시간에 따른 투과성의 변화는 다양한 현장 상황에서 관찰된다. 전기장 상태에 따라 유압 전도도의 변화에는 다음과 같이 여러 가지 원인이 있다.[2]

  1. 물리적 원인: 부유물질에 의한 물리적 막힘이나 골재 구조물의 분해와 같은 토양의 물리적 변화. 흙 속에 갇힌 공기를 퍼콜링 물에 녹이는 것은 유압 전도성을 높이는 물리적 원인이다.
  2. 화학적 원인: 점토 입자의 분산 및 부기를 유발하는 수용상에서의 전해질 농도 또는 나트륨 흡착비 변화.
  3. 생물학적 원인: 보통 바이오로깅은 다음 중 첫 번째를 의미하며, 보다 넓은 의미에서의 바이오로깅은 다음 모두를 의미한다.
    1. 미생물 세포 기관들에 의해 Bioclogging과 유압 사기 행각에 감소의 토양 입자에 biofilm[11][12][13]이나 미세 집락 aggregation[14]을 형성하는 세포외 고분자 물질(EPS)[10](또한 점액이라고 표현했다.), 같은 합성된 부산물을 직접적인 생물학적인 요인( 같은 bacteria,[3][4][5][6]algae[7]과 fungus[8][9]).ductivity.
    2. 미생물을 생성하는 메탄에 의해 생성되는 메탄과[15] 같은 기포의 함몰은 토양 모공을 막으며 유압 전도성을 감소시키는 데 기여한다. 기체도 미생물 부산물인 만큼 생체 로깅이라고 볼 수 있다.
    3. 철분세균은 철분 옥시하이드록시드의 침적을 촉진시켜 토양 모공이 막힐 수 있다.[16] 이것은 유압 전도성이 감소하는 간접적인 생물학적 원인이다.

현장관찰

연못에 잠긴 침투

현장 문제 및 대책

인공충전 연못이나[17] 참호 같은 곳에서의 지속적인 연못 침투를 통해 생물체 로깅이 관찰된다.[18] 침투 표면의 생체 로깅으로 인한 침투율 감소는 그러한 시스템의 효율을 떨어뜨린다. 생물 로깅 효과를 최소화하기 위해서는 부유물질, 영양소, 유기탄소를 줄이기 위한 물의 전처리가 필요할 수 있다. 시스템의 정기적인 건조와 막힘 층의 물리적인 제거도 효과적인 대책이 될 수 있다. 이런 식으로 조심스럽게 작동해도 침투하는 표면에서 미생물학적 성장이 일어나기 때문에 생체 로깅이 여전히 일어날 가능성이 높다.

정화배수장 역시 영양분이 풍부한 폐수가 연속적으로 흐르기 때문에 생물 로깅에 취약하다.[19][20] 정화조 안에 있는 생물 로깅 물질을 바이오매트라고 부르기도 한다.[21] 계통의 하중을 여과하거나 감소시켜 물을 전처리하면 계통의 고장을 생로깅하여 지연시킬 수 있다. 느린 모래 필터 시스템도 생체 로깅을 겪는다.[22] 위에서 언급한 대책 이외에도 바이오필름을 제거하고 모래의 투과성을 회복하기 위해 모래를 세척하거나 역세척하는 작업을 할 수 있다.

강에서 생물 로깅은 특히 유실되는 강이 흔한 건조한 지역에서 대수층 재충전에 영향을 미칠 수 있다.[23]

혜택

바이오로깅은 특정한 경우에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 낙농장 폐수 처리에 사용되는 낙농 폐기물 안정 연못에서는 생물 로깅이 연못 바닥을 효과적으로 밀폐한다.[24] 조류와 박테리아를 접종하여 관개수로의 생물 로깅을 촉진하여 배출을 억제할 수 있다.[25]

생물 로깅은 또한 압축된 점토 라이너와 같은 매립 라이너에서도 이롭다. 진흙 라이너는 보통 주변 토양 환경에 대한 매립 침출수로 오염을 최소화하기 위해 매립지에 적용된다. 점토 라이너의 유압 전도도는 침출수의 미생물과 점토 내 모공 공간의 미생물에 의한 생체 로깅으로 인해 원래 값보다 낮아진다.[26][27] 생물 로깅은 현재 지질 공학에 적용되기 위해 연구되고 있다.[28]

대수층에서

우물물수거

수돗물을 통해 대수층(지하수 표 아래)에서 물이 빠져나갈 때 생물 로깅을 관찰할 수 있다.[29] 수개월 및 수년에 걸쳐 지속적으로 수정이 이루어지면 생물 로깅 또는 기타 막힘 메커니즘으로 인해 성능이 점진적으로 저하될 수 있다.[30]

생물 매개

바이오필름 형성은 생물학적으로 분해될 수 있는 지하수 오염의 생물 거식화에[31] 유용하다. 투과성 반응 장벽은[32] 생물 로깅에 의한 지하수 흐름을 억제하고 미생물에 의한 오염을 저하시키기 위해 형성된다.[33] 장벽의 우선적인 흐름 경로가 교정조치의 효율성을 저하시킬 수 있으므로 오염물 흐름을 주의 깊게 분석해야 한다.[34]

석유회수

석유 추출에서는 유전에서 추출할 석유의 양을 늘리기 위해 석유 회수 강화 기술을 시행한다. 주입된 물은 저장소의 기름을 치우고, 그 기름은 회수 유정으로 운반된다. 저수지는 투과성이 균일하지 않기 때문에 주입된 물은 투과성이 높은 구역을 통과하는 경향이 있고, 기름이 남아 있는 구역을 거치지 않는다. 이런 상황에서 고투과성 구역에 박테리아를 주입해 생체 로깅을 촉진하는 세균 프로파일 수정 기법을 활용할 수 있다.[35] 그것은 일종의 미생물 강화 오일 회수다.

참고 항목

참조

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