영가철 및 부석 복합재의 투과성 반응방호벽을 이용한 산성 광산배수의 유해물질 제거 Removal of Hazardous Material in Acid Mine Drainage using Permeable Reactive Barriers of Zero-Valent Iron and Pumice원문보기
본 연구는 산성 광산배수 및 오염 지하수의 다종 중금속 및 비금속 제거를 위해 현장 투수성 방호 반응벽의 적용 가능성을 평가하기 위해 수행되었다. 본 연구의 목적은 산성 광산배수 및 오염 지하수 처리를 위해 영가 철과 부분적으로 이용 가능한 부석 혼합물로 구성된 반응재 사용시 처리효율 및 운전인자를 도출하는 것이다. 연구 결과의 비교를 위해 단일 반응재(부석, 영가 철) 반응조를 병행 운전하였다. 실험에서는 ...
본 연구는 산성 광산배수 및 오염 지하수의 다종 중금속 및 비금속 제거를 위해 현장 투수성 방호 반응벽의 적용 가능성을 평가하기 위해 수행되었다. 본 연구의 목적은 산성 광산배수 및 오염 지하수 처리를 위해 영가 철과 부분적으로 이용 가능한 부석 혼합물로 구성된 반응재 사용시 처리효율 및 운전인자를 도출하는 것이다. 연구 결과의 비교를 위해 단일 반응재(부석, 영가 철) 반응조를 병행 운전하였다. 실험에서는 아연, 망간, 철, 알루미늄 및 비소 이온으로 구성된 합성폐수를 조제하여 반응성 물질로 충진된 수직 원통형 반응조에 주입하였다. 모두 세 개의 수직 원통형 반응조가 사용되었고, 반응조에는 부석, 영가 철, 영가철 및 부석의 혼합물을 충진하였다. 수직 반응조에서의 처리수의 시료 채취를 위해 여러 개의 시료채취 포트를 설치하였다. 반응조에서는 일 1회 유출수를 채취하여 중금속 농도를 분석하였으며, 실험 기간 종료시 반응재질의 구조적 특성(공극, 결정 구조, 기능그룹)을 분석하였다. 본 실험은 90일의 기간 수행되었는데, 실험 결과 영가 철과 부석의 혼합재에서 모든 중금속에 대해 100%에 가까운 제거 효율을 보였으며, 우수한 반응용량, 0.09cm/s의 연속 수리전도율 및 메커니즘의 조합으로 인해 낮은 저항성을 나타냈다. 반응조의 수리전도율은 초기 0.19 cm/s에서 0.09 cm/s로 유지되었다. 부석은 비소 및 철이온을 100% 흡착할 수 있는 탁월한 다공성 구조를 가지고 있으며, 영가 철은 실험 조제수의 중금속에 대한 뛰어난 흡착 용량을 가지고 있다. 따라서 혼합재 사용시 이러한 특성의 조합은 폐수의 중금속을 지속적 및 효과적으로 제거할 수 있었다. 반면에 단일의 반응성 물질은 처리에 한계를 나타냈다. 부석만으로도 비소와 철 이온을 100% 흡착할 수 있었으나 철의 용량 감소로 인해 중금속이 수직 반응조 하부에 침전되어 막힘 현상이 정기적으로 관찰되었다. 또한 대부분의 오염물질이 반응조의 첫 번째 부분(즉, 반응조의 첫 20cm 이내) 내에서 제거되었고, 다른 반응재를 사용하지 않는 반응재와 유사한 결정 구조 등을 보이는 것으로 나타났다. 각 반응조의 일 유출 농도는 영가 철과 부석의 혼합 반응조에서 영가철 반응조에 비해 유출량이 안정적이었는데, 이는 부석의 존재에 의해 생성된 다공성 구조의 효과로 보인다. 혼합 반응재 사용시의 이점을 기초하여 오염된 지하수와 산성 광산배수 처리를 위한 모델을 제시하였다. 이 모델은 혼합 물질로 구성된 일련의 시퀀식 반응조 모듈로 구성되어 있다. 이 모델은 다종 오염 지하수와 산성 광산배수를 다공성, 수리전도도 및 반응/흡착용량에서 최소한의 손실로 선택적 처리시 사용될 수 있다. 혼합 반응재를 사용한 투수성 방호 반응벽 설치의 전체 비용은 기존의 국내에서의 '펌핑 및 처리' 기술에 비해 상대적으로 낮게 나타났다.
본 연구는 산성 광산배수 및 오염 지하수의 다종 중금속 및 비금속 제거를 위해 현장 투수성 방호 반응벽의 적용 가능성을 평가하기 위해 수행되었다. 본 연구의 목적은 산성 광산배수 및 오염 지하수 처리를 위해 영가 철과 부분적으로 이용 가능한 부석 혼합물로 구성된 반응재 사용시 처리효율 및 운전인자를 도출하는 것이다. 연구 결과의 비교를 위해 단일 반응재(부석, 영가 철) 반응조를 병행 운전하였다. 실험에서는 아연, 망간, 철, 알루미늄 및 비소 이온으로 구성된 합성폐수를 조제하여 반응성 물질로 충진된 수직 원통형 반응조에 주입하였다. 모두 세 개의 수직 원통형 반응조가 사용되었고, 반응조에는 부석, 영가 철, 영가철 및 부석의 혼합물을 충진하였다. 수직 반응조에서의 처리수의 시료 채취를 위해 여러 개의 시료채취 포트를 설치하였다. 반응조에서는 일 1회 유출수를 채취하여 중금속 농도를 분석하였으며, 실험 기간 종료시 반응재질의 구조적 특성(공극, 결정 구조, 기능그룹)을 분석하였다. 본 실험은 90일의 기간 수행되었는데, 실험 결과 영가 철과 부석의 혼합재에서 모든 중금속에 대해 100%에 가까운 제거 효율을 보였으며, 우수한 반응용량, 0.09cm/s의 연속 수리전도율 및 메커니즘의 조합으로 인해 낮은 저항성을 나타냈다. 반응조의 수리전도율은 초기 0.19 cm/s에서 0.09 cm/s로 유지되었다. 부석은 비소 및 철이온을 100% 흡착할 수 있는 탁월한 다공성 구조를 가지고 있으며, 영가 철은 실험 조제수의 중금속에 대한 뛰어난 흡착 용량을 가지고 있다. 따라서 혼합재 사용시 이러한 특성의 조합은 폐수의 중금속을 지속적 및 효과적으로 제거할 수 있었다. 반면에 단일의 반응성 물질은 처리에 한계를 나타냈다. 부석만으로도 비소와 철 이온을 100% 흡착할 수 있었으나 철의 용량 감소로 인해 중금속이 수직 반응조 하부에 침전되어 막힘 현상이 정기적으로 관찰되었다. 또한 대부분의 오염물질이 반응조의 첫 번째 부분(즉, 반응조의 첫 20cm 이내) 내에서 제거되었고, 다른 반응재를 사용하지 않는 반응재와 유사한 결정 구조 등을 보이는 것으로 나타났다. 각 반응조의 일 유출 농도는 영가 철과 부석의 혼합 반응조에서 영가철 반응조에 비해 유출량이 안정적이었는데, 이는 부석의 존재에 의해 생성된 다공성 구조의 효과로 보인다. 혼합 반응재 사용시의 이점을 기초하여 오염된 지하수와 산성 광산배수 처리를 위한 모델을 제시하였다. 이 모델은 혼합 물질로 구성된 일련의 시퀀식 반응조 모듈로 구성되어 있다. 이 모델은 다종 오염 지하수와 산성 광산배수를 다공성, 수리전도도 및 반응/흡착용량에서 최소한의 손실로 선택적 처리시 사용될 수 있다. 혼합 반응재를 사용한 투수성 방호 반응벽 설치의 전체 비용은 기존의 국내에서의 '펌핑 및 처리' 기술에 비해 상대적으로 낮게 나타났다.
This research investigated the viability of using an in-situ permeable reactive barrier to remove multispecies heavy metals and non-metals from the acid mine drainage and contaminated groundwater. The objective of this research was to investigate the impact of using a reactive material composed of a...
This research investigated the viability of using an in-situ permeable reactive barrier to remove multispecies heavy metals and non-metals from the acid mine drainage and contaminated groundwater. The objective of this research was to investigate the impact of using a reactive material composed of a mixture of zero-valent iron and locally available pumice to treat acid mine drainage and contaminated groundwater. For comparison purposes, single reactive material (pumice and zero-valent iron) were used. In this experimental study, synthesized water composed of zinc, manganese, iron, aluminium and arsenic ions was prepared and fed into a vertical column reactor filled with the reactive materials. Three column reactors were used, and they contained pumice, zero-valent iron and zero-valent iron: pumice mixture. The vertical column reactor was fitted with several sampling ports from which treated water were sampled. Daily discharge from the reactor was taken and recorded, the concentration of the heavy metals analysed. In addition, the structural properties (porosity, crystal structure, functional groups) of the reactive material were analysed at the end of the experimental period. This experiment was conducted for a period of 90 days and showed that the Experimental research showed that a mixture of zero-valent iron and pumice showed excellent removal efficiency of 100% for all heavy metals, excellent reaction capacity, continuous hydraulic conductivity of 0.09 cm/s and low resistance because of the combination of mechanisms present in singular materials. The hydraulic conductivity of the reactor was maintained at 0.09 cm/s from the initial value of 0.19 cm/s. Pumice has a superb porous structure capable of adsorbing 100% arsenic and 100% iron ions while zero-valent iron has excellent reduction capacity for heavy metals used in the experiment. Therefore a combination of these characteristics in the mixture facilitated a continuous and effective removal of heavy metals from the wastewater. On the other hand, singular reactive material exhibited limitations in the treatment process. Pumice alone could adsorb 100% of arsenic and iron ions while heavy metals precipitated in the initial stages of the column reactor thanks to the reduction capacity of iron thereby causing clogging: clogging phenomena were regularly observed. Results also showed that the majority of the contaminants were eliminated within the first section of the reactor (i.e. within the first 20 cm of the reactor) and that the other reactive material towards the exit chute exhibited properties (i.e. crystal structure) similar to unused reactive material. Daily discharge values from each reactor showed that the column reactor with a mixture of zero-valent iron and pumice had a stable discharge flowrate of treated water than the reactor with zero-valent iron and could be attributed to the porous structure created by the presence of pumice. Based on the advantages of using a mixture of reactive material, a model for treating contaminated groundwater and acid mine drainage was proposed which consists of a set of cascade/sequential reactor modules made up of a mixture of materials. This model could be used to selectively treat multispecies contaminated groundwater and acid mine drainage with minimal loss in porosity, hydraulic conductivity and reactive/adsorption capacity. The overall costs of setting up a permeable reactive barrier (with mixed reactive material) is relatively lower than that of a conventional ‘pump and treat’ technology which is used in the Republic of Korea.
This research investigated the viability of using an in-situ permeable reactive barrier to remove multispecies heavy metals and non-metals from the acid mine drainage and contaminated groundwater. The objective of this research was to investigate the impact of using a reactive material composed of a mixture of zero-valent iron and locally available pumice to treat acid mine drainage and contaminated groundwater. For comparison purposes, single reactive material (pumice and zero-valent iron) were used. In this experimental study, synthesized water composed of zinc, manganese, iron, aluminium and arsenic ions was prepared and fed into a vertical column reactor filled with the reactive materials. Three column reactors were used, and they contained pumice, zero-valent iron and zero-valent iron: pumice mixture. The vertical column reactor was fitted with several sampling ports from which treated water were sampled. Daily discharge from the reactor was taken and recorded, the concentration of the heavy metals analysed. In addition, the structural properties (porosity, crystal structure, functional groups) of the reactive material were analysed at the end of the experimental period. This experiment was conducted for a period of 90 days and showed that the Experimental research showed that a mixture of zero-valent iron and pumice showed excellent removal efficiency of 100% for all heavy metals, excellent reaction capacity, continuous hydraulic conductivity of 0.09 cm/s and low resistance because of the combination of mechanisms present in singular materials. The hydraulic conductivity of the reactor was maintained at 0.09 cm/s from the initial value of 0.19 cm/s. Pumice has a superb porous structure capable of adsorbing 100% arsenic and 100% iron ions while zero-valent iron has excellent reduction capacity for heavy metals used in the experiment. Therefore a combination of these characteristics in the mixture facilitated a continuous and effective removal of heavy metals from the wastewater. On the other hand, singular reactive material exhibited limitations in the treatment process. Pumice alone could adsorb 100% of arsenic and iron ions while heavy metals precipitated in the initial stages of the column reactor thanks to the reduction capacity of iron thereby causing clogging: clogging phenomena were regularly observed. Results also showed that the majority of the contaminants were eliminated within the first section of the reactor (i.e. within the first 20 cm of the reactor) and that the other reactive material towards the exit chute exhibited properties (i.e. crystal structure) similar to unused reactive material. Daily discharge values from each reactor showed that the column reactor with a mixture of zero-valent iron and pumice had a stable discharge flowrate of treated water than the reactor with zero-valent iron and could be attributed to the porous structure created by the presence of pumice. Based on the advantages of using a mixture of reactive material, a model for treating contaminated groundwater and acid mine drainage was proposed which consists of a set of cascade/sequential reactor modules made up of a mixture of materials. This model could be used to selectively treat multispecies contaminated groundwater and acid mine drainage with minimal loss in porosity, hydraulic conductivity and reactive/adsorption capacity. The overall costs of setting up a permeable reactive barrier (with mixed reactive material) is relatively lower than that of a conventional ‘pump and treat’ technology which is used in the Republic of Korea.
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