중금속 오염된 황산염이 지하수의 처리를 위한 양수처리법 적용성 연구 Investigation on the Feasibility of Pump and Treat for Remediation of Sulfate-rich Acidic Groundwater Contaminated by Heavy Metals원문보기
"Pump and Treat” 방법은 오염된 지하수를 치유하는 데 가장 흔한 기술 중 하나이다. 본 연구는 무거운 금속으로 오염된 황산이 풍부한 산성 지하수에 대한 "Pump and Treat" 방법의 실현 가능성을 평가하는 것을 목표로 한다. 금속 풍부한 황산이 지하수와 토양 오염의 주요 원인으로 제시되었다. 해당 지역에서 채취한 지하수 샘플은 각각 최대 2,582 mg/L 및 12,686 mg/L 의 Cd 및 ...
"Pump and Treat” 방법은 오염된 지하수를 치유하는 데 가장 흔한 기술 중 하나이다. 본 연구는 무거운 금속으로 오염된 황산이 풍부한 산성 지하수에 대한 "Pump and Treat" 방법의 실현 가능성을 평가하는 것을 목표로 한다. 금속 풍부한 황산이 지하수와 토양 오염의 주요 원인으로 제시되었다. 해당 지역에서 채취한 지하수 샘플은 각각 최대 2,582 mg/L 및 12,686 mg/L 의 Cd 및 Zn 농도를 나타냈다. 또한 As, Pb, Mn, Fe 등 다른 무거운 금속의 매우 높은 농도와 매우 낮은 pH 값 (3 미만) 및 높은 황산 (SO4) 농도를 보여주었다. "Pump and Treat"의 효율성은 주로 토양에서 오염물질의 침출 용량에 의존하므로 우리는 (i) 토양 내 무거운 금속의 형태를 이해하기 위해 순차 추출 분석, (ii) 반복 침출 실험 및 (iii) 탈아미드 및 약한 황산을 사용한 칼럼 실험을 수행했다. 결과는 조사된 6 개의 토양 샘플 중 4 개가 지역 3 의 한국 오염 기준을 초과하는 Cd 농도를 나타내었으며 1 개의 샘플이 허용 한계 (2,000 mg/kg)보다 높은 Zn 레벨을 보여주었다. 순차 추출 분석에 따르면 토양 샘플의 총 Cd 의 최대 95.6%와 총 Zn 의 최대 89.1%가 토양 내에서 쉽게 침출 가능한 형태로 존재했다 (세척, 교환 및 탄산형태). 반복 침출 실험에서는 디이온화수를 사용할 때토양에서 최대 57%의 Cd 와 49%의 Zn 이 제거되었다. 약한 황산을 사용할 때 제거율은 향상되어 Cd 에 대해서는 최대 93%, Zn 에 대해서는 최대 79%에 이르렀다. 무거운 금속은 오염된 토양에서 주로 황산 형태로 존재하는 것으로 보이며, 이는 연구 지역의 오염된 지하수를 치유하기 위해 "Pump and Treat" 방법을 적용하는 데 이점이 될 것으로 생각된다. 우리는 다양한 칼럼 실험을 수행하여 porosity 가 약 40%인 지반의 실제 조건을 모방했다. 고체-액 비는 약 4:1 로 유지되었다. 결과는 디이온화수를 사용하여 48 시간 동안 토양을 세척하고 24 시간 쉬었을 때 Cd 의 약 32%와 Zn 의 약 27%를 제거함을 나타냈다. 그러나 72 시간 동안 약한 황산을 사용하고 2 회 24 시간 쉰 경우 Cd 와 Zn 에 대한 제거율은 향상되어 각각 48% 및 42%에 이르렀다. 칼럼 실험은 약한 황산을 사용한 다음 디이온화수로 토양을 세척하면 토양 샘플에서 Cd 의 36%와 Zn 의 33%가 제거된다는 것을 보여주었다. 오염된 토양에는 중금속이 대부분 황산염으로 존재하는 것으로 보이므로, 연구 현장의 오염된 지하수 정화를 위해 “Pump and Treat” 방식을 적용하는 것도 좋은 선택이 될 수 있습니다. 초기에 약한 산성 용액을 주입하면 지하수에서 급속하게 무거운 금속을 감소시키는 데 효과적일 것으로 제안되며, 이후 깨끗한 물을 주입하면 천연 조건에서 무거운 금속 농도를 낮은 수준으로 감소시킬 수 있을 것이다.
"Pump and Treat” 방법은 오염된 지하수를 치유하는 데 가장 흔한 기술 중 하나이다. 본 연구는 무거운 금속으로 오염된 황산이 풍부한 산성 지하수에 대한 "Pump and Treat" 방법의 실현 가능성을 평가하는 것을 목표로 한다. 금속 풍부한 황산이 지하수와 토양 오염의 주요 원인으로 제시되었다. 해당 지역에서 채취한 지하수 샘플은 각각 최대 2,582 mg/L 및 12,686 mg/L 의 Cd 및 Zn 농도를 나타냈다. 또한 As, Pb, Mn, Fe 등 다른 무거운 금속의 매우 높은 농도와 매우 낮은 pH 값 (3 미만) 및 높은 황산 (SO4) 농도를 보여주었다. "Pump and Treat"의 효율성은 주로 토양에서 오염물질의 침출 용량에 의존하므로 우리는 (i) 토양 내 무거운 금속의 형태를 이해하기 위해 순차 추출 분석, (ii) 반복 침출 실험 및 (iii) 탈아미드 및 약한 황산을 사용한 칼럼 실험을 수행했다. 결과는 조사된 6 개의 토양 샘플 중 4 개가 지역 3 의 한국 오염 기준을 초과하는 Cd 농도를 나타내었으며 1 개의 샘플이 허용 한계 (2,000 mg/kg)보다 높은 Zn 레벨을 보여주었다. 순차 추출 분석에 따르면 토양 샘플의 총 Cd 의 최대 95.6%와 총 Zn 의 최대 89.1%가 토양 내에서 쉽게 침출 가능한 형태로 존재했다 (세척, 교환 및 탄산형태). 반복 침출 실험에서는 디이온화수를 사용할 때토양에서 최대 57%의 Cd 와 49%의 Zn 이 제거되었다. 약한 황산을 사용할 때 제거율은 향상되어 Cd 에 대해서는 최대 93%, Zn 에 대해서는 최대 79%에 이르렀다. 무거운 금속은 오염된 토양에서 주로 황산 형태로 존재하는 것으로 보이며, 이는 연구 지역의 오염된 지하수를 치유하기 위해 "Pump and Treat" 방법을 적용하는 데 이점이 될 것으로 생각된다. 우리는 다양한 칼럼 실험을 수행하여 porosity 가 약 40%인 지반의 실제 조건을 모방했다. 고체-액 비는 약 4:1 로 유지되었다. 결과는 디이온화수를 사용하여 48 시간 동안 토양을 세척하고 24 시간 쉬었을 때 Cd 의 약 32%와 Zn 의 약 27%를 제거함을 나타냈다. 그러나 72 시간 동안 약한 황산을 사용하고 2 회 24 시간 쉰 경우 Cd 와 Zn 에 대한 제거율은 향상되어 각각 48% 및 42%에 이르렀다. 칼럼 실험은 약한 황산을 사용한 다음 디이온화수로 토양을 세척하면 토양 샘플에서 Cd 의 36%와 Zn 의 33%가 제거된다는 것을 보여주었다. 오염된 토양에는 중금속이 대부분 황산염으로 존재하는 것으로 보이므로, 연구 현장의 오염된 지하수 정화를 위해 “Pump and Treat” 방식을 적용하는 것도 좋은 선택이 될 수 있습니다. 초기에 약한 산성 용액을 주입하면 지하수에서 급속하게 무거운 금속을 감소시키는 데 효과적일 것으로 제안되며, 이후 깨끗한 물을 주입하면 천연 조건에서 무거운 금속 농도를 낮은 수준으로 감소시킬 수 있을 것이다.
"Pump and Treat” method is one of the most common technologies for the remediation of polluted groundwater. This study aims to assess the feasibility of “Pump and Treat” method for the sulfate-rich acidic groundwater contaminated with heavy metals. The leaking of metal-rich sulfuric acids was sugges...
"Pump and Treat” method is one of the most common technologies for the remediation of polluted groundwater. This study aims to assess the feasibility of “Pump and Treat” method for the sulfate-rich acidic groundwater contaminated with heavy metals. The leaking of metal-rich sulfuric acids was suggested to be the main cause of soil and groundwater contamination there. The groundwater samples collected from this site exhibited Cd and Zn concentrations as high as 2,582 mg/L and 12,686 mg/L, respectively. Additionally, they showed very high concentrations of other heavy metals such as As, Pb, Mn, Fe, etc. They are also characterized by very low pH values (less than 3) and high sulfate (SO4) concentrations. Since the efficiency of the Pump and Treat is largely dependent on the leaching capacity of contaminants from the soils, we conducted (i) the sequential extraction analysis to understand the speciation of heavy metals in the soil, (ii) the repeated leaching tests, and (iii) column experiments using deionized water and weak sulfuric acid to observe the leachability of heavy metals from the soil. Results showed that 4 out of 6 investigated soil samples showed concentrations exceeding the Korean contamination standards for Cd in Region 3 (60 mg/kg), while 1 sample showed Zn level higher than the permissible limit (2,000 mg/kg). Sequential extraction analysis showed that up to 95.6% of total Cd and up to 89.1% of total Zn existed as easily leachable forms (washing, exchangeable, and carbonate forms) in the soil samples. Repeated leaching tests revealed that up to 57% of Cd and 49% of Zn were removed from the soil samples when using deionized water. When using dilute sulfuric acid, the removal rates improved, reaching as high as 93% for Cd and 79% for Zn. Heavy metals seem to exist mostly as sulfates in the contaminated soil, which would become an advantage in applying Pump and Treat method for remediation of polluted groundwaters in the study site. We performed different column experiments to simulate the actual conditions of an aquifer with a porosity of about 40%. The solid-to-liquid ratio was maintained at about 4:1. The results indicated that washing the soil with deionized water in a 48- hour period, with a 24-hour pause, removed approximately 32% of Cd and 27% of Zn. However, when a weak sulfuric acid was used for 72 hours, with two 24-hour breaks, the removal rates for Cd and Zn were increased, reaching 48% and 42%, respectively. The column experiment demonstrated that washing the soil with weak sulfuric acid followed by deionized water led to the removal of 36% of Cd and 33% of Zn from the soil sample. As heavy metals seemed to exist mostly as sulfates in the contaminated soil, applying the “Pump and Treat” method for remediation of polluted groundwater in the study site may be a good option. It is suggested that an initial injection of a weak acidic solution can be effective in reducing rapidly heavy metals in the aquifer and a subsequent clean water injection can help reduce the heavy metal concentrations to low levels under natural conditions.
"Pump and Treat” method is one of the most common technologies for the remediation of polluted groundwater. This study aims to assess the feasibility of “Pump and Treat” method for the sulfate-rich acidic groundwater contaminated with heavy metals. The leaking of metal-rich sulfuric acids was suggested to be the main cause of soil and groundwater contamination there. The groundwater samples collected from this site exhibited Cd and Zn concentrations as high as 2,582 mg/L and 12,686 mg/L, respectively. Additionally, they showed very high concentrations of other heavy metals such as As, Pb, Mn, Fe, etc. They are also characterized by very low pH values (less than 3) and high sulfate (SO4) concentrations. Since the efficiency of the Pump and Treat is largely dependent on the leaching capacity of contaminants from the soils, we conducted (i) the sequential extraction analysis to understand the speciation of heavy metals in the soil, (ii) the repeated leaching tests, and (iii) column experiments using deionized water and weak sulfuric acid to observe the leachability of heavy metals from the soil. Results showed that 4 out of 6 investigated soil samples showed concentrations exceeding the Korean contamination standards for Cd in Region 3 (60 mg/kg), while 1 sample showed Zn level higher than the permissible limit (2,000 mg/kg). Sequential extraction analysis showed that up to 95.6% of total Cd and up to 89.1% of total Zn existed as easily leachable forms (washing, exchangeable, and carbonate forms) in the soil samples. Repeated leaching tests revealed that up to 57% of Cd and 49% of Zn were removed from the soil samples when using deionized water. When using dilute sulfuric acid, the removal rates improved, reaching as high as 93% for Cd and 79% for Zn. Heavy metals seem to exist mostly as sulfates in the contaminated soil, which would become an advantage in applying Pump and Treat method for remediation of polluted groundwaters in the study site. We performed different column experiments to simulate the actual conditions of an aquifer with a porosity of about 40%. The solid-to-liquid ratio was maintained at about 4:1. The results indicated that washing the soil with deionized water in a 48- hour period, with a 24-hour pause, removed approximately 32% of Cd and 27% of Zn. However, when a weak sulfuric acid was used for 72 hours, with two 24-hour breaks, the removal rates for Cd and Zn were increased, reaching 48% and 42%, respectively. The column experiment demonstrated that washing the soil with weak sulfuric acid followed by deionized water led to the removal of 36% of Cd and 33% of Zn from the soil sample. As heavy metals seemed to exist mostly as sulfates in the contaminated soil, applying the “Pump and Treat” method for remediation of polluted groundwater in the study site may be a good option. It is suggested that an initial injection of a weak acidic solution can be effective in reducing rapidly heavy metals in the aquifer and a subsequent clean water injection can help reduce the heavy metal concentrations to low levels under natural conditions.
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