토양 세척법과 석회를 첨가한 토양 안정화 공법을 이용한 폐광산 주변 비소 오염 토양 및 하천 퇴적토 복원 Remediation Design Using Soil Washing and Soil Improvement Method for As Contaminated Soils and Stream Deposits Around an Abandoned Mine원문보기
비소로 오염된 고로폐광산 주변 농경지 토양과 하천 퇴적토에 대하여, 토양 정밀조사를 통하여 규명된 오염 면적과 오염 지도를 바탕으로 복원 공정 설계를 실시하였다. 실내 실험을 통하여 오염 농경지 토양에 대하여는 석회를 첨가한 토양 안정화 공법의 처리 효율을 검증하였으며, 오염 하천 퇴적토에 대하여는 토양 세척법의 처리 효율을 규명하였다. 비수몰지역의 오염 농경지 토양의 복원 효율을 규명하기 위하여, 비소 농도가 다른 폐광산 주변 농경지 오염 토양 4종류에 대하여 비소 용출률 배치 실험을 실시한 결과, 석회를 혼합한 토양의 비소 용출이 오염 토양을 그대로 이용한 경우보다 평균 5배 이하로 감소하였다. 댐 건설 후 수몰되는 지역에서 저수지 바닥으로부터 저수지 수계로 용출되어지는 비소의 용출률을 예측하고, 석회를 첨가한 복토를 실시한 경우 저수지 바닥에서 용출되는 비소의 용출률 감소를 규명하기 위하여 아크릴 칼럼(지름 18.9cm, 높이 30cm)을 이용하여 저수지 바닥에서의 비소 용출 모의 실험하였다. 실험 결과 복토를 실시하지 않은 오염 토양에서의 비소 용출률은 연간 약 3.05∼3.89%를 나타내었으며, 석회 1%를 혼합하여 복토한 경우 저수지 바닥으로부터 비소 용출률은 연간 0.11∼0.05%를 나타내어 석회를 혼합한 복토처리 시 저수지 바닥에서 수계로의 비소 용출은 약 40배 이상 감소 할 수 있는 것으로 나타나, 수몰된 농경지 복원에 매우 적절한 방법으로 사용될 수 있을 것으로 판단되었다. 토양 세척법을 이용하여 하천 퇴적토를 복원하는 경우, 세척 효율을 규명하기 위하여 하천 퇴적토 3종류에 대하여 초산, 구연산, 염산 각 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0N 수용액과 증류수에 대하여 각각 토양 세척 효율 배치 실험을 실시하였다. 실험 결과 염산과 구연산 용액으로 세척하는 경우 0.05 N에서 한 시료를 제외하고는 비소에 대하여 99.9% 이상의 제거 효과를 나타내었다. 결론적으로 비소로 오염된 하천 퇴적토는 적절한 세정용액을 이용한 세척과정에 의해서 충분히 제거 될 수 있는 것으로 나타나, 기존 오염 퇴적토 내 비소의 90% 이상을 효과적으로 제거할 수 있는 것으로 나타났다. 오염 지도에 근거하여 산출된 복원 물량에 대하여 토양세척법을 이용하는 경우 복원 비용을 산출하였으며, 이와 같은 자료는 고로폐광산 주변 오염 토양에 대한 실제 복원 공정의 설계에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
비소로 오염된 고로폐광산 주변 농경지 토양과 하천 퇴적토에 대하여, 토양 정밀조사를 통하여 규명된 오염 면적과 오염 지도를 바탕으로 복원 공정 설계를 실시하였다. 실내 실험을 통하여 오염 농경지 토양에 대하여는 석회를 첨가한 토양 안정화 공법의 처리 효율을 검증하였으며, 오염 하천 퇴적토에 대하여는 토양 세척법의 처리 효율을 규명하였다. 비수몰지역의 오염 농경지 토양의 복원 효율을 규명하기 위하여, 비소 농도가 다른 폐광산 주변 농경지 오염 토양 4종류에 대하여 비소 용출률 배치 실험을 실시한 결과, 석회를 혼합한 토양의 비소 용출이 오염 토양을 그대로 이용한 경우보다 평균 5배 이하로 감소하였다. 댐 건설 후 수몰되는 지역에서 저수지 바닥으로부터 저수지 수계로 용출되어지는 비소의 용출률을 예측하고, 석회를 첨가한 복토를 실시한 경우 저수지 바닥에서 용출되는 비소의 용출률 감소를 규명하기 위하여 아크릴 칼럼(지름 18.9cm, 높이 30cm)을 이용하여 저수지 바닥에서의 비소 용출 모의 실험하였다. 실험 결과 복토를 실시하지 않은 오염 토양에서의 비소 용출률은 연간 약 3.05∼3.89%를 나타내었으며, 석회 1%를 혼합하여 복토한 경우 저수지 바닥으로부터 비소 용출률은 연간 0.11∼0.05%를 나타내어 석회를 혼합한 복토처리 시 저수지 바닥에서 수계로의 비소 용출은 약 40배 이상 감소 할 수 있는 것으로 나타나, 수몰된 농경지 복원에 매우 적절한 방법으로 사용될 수 있을 것으로 판단되었다. 토양 세척법을 이용하여 하천 퇴적토를 복원하는 경우, 세척 효율을 규명하기 위하여 하천 퇴적토 3종류에 대하여 초산, 구연산, 염산 각 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0N 수용액과 증류수에 대하여 각각 토양 세척 효율 배치 실험을 실시하였다. 실험 결과 염산과 구연산 용액으로 세척하는 경우 0.05 N에서 한 시료를 제외하고는 비소에 대하여 99.9% 이상의 제거 효과를 나타내었다. 결론적으로 비소로 오염된 하천 퇴적토는 적절한 세정용액을 이용한 세척과정에 의해서 충분히 제거 될 수 있는 것으로 나타나, 기존 오염 퇴적토 내 비소의 90% 이상을 효과적으로 제거할 수 있는 것으로 나타났다. 오염 지도에 근거하여 산출된 복원 물량에 대하여 토양세척법을 이용하는 경우 복원 비용을 산출하였으며, 이와 같은 자료는 고로폐광산 주변 오염 토양에 대한 실제 복원 공정의 설계에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Removal efficiencies of soil washing and soil improvement processes to remediate farmland soils and stream deposits around Goro abandoned mine were investigated with batch and column experiments. For As-contaminated farm-land soils around Goro mine, batch tests to quantify As extraction rate from co...
Removal efficiencies of soil washing and soil improvement processes to remediate farmland soils and stream deposits around Goro abandoned mine were investigated with batch and column experiments. For As-contaminated farm-land soils around Goro mine, batch tests to quantify As extraction rate from contaminated soils and lime treated contaminated soils were performed. The contaminated soil mixed with lime decreased As extraction rate less than one fourth, suggesting that the soil improvement method mixed with lime dramatically decrease As extraction rate. A storage dam will be constructed in the lower part of the main stream connected to Goro abandoned mine and the amount of As extracted from the bottom soils of reservoir could be the main source to contaminate water of reservoir. The decrease of As extraction amount from the bottom in reservoir, caused by the application of the soil improvement method was investigated from the physically simulated column experiment and results showed that As extraction rate decreased to one forty when 1％ lime mixed soil improvement was applied to contaminated soils. For contaminated stream deposits connected Goro mine, the removal efficiency of the soil washing method was investigated with batch experiments. Hydrochloric acid, citric acid, acetic acid and distilled water were used as soil washing solution and 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0 N of washing solution were applied to extract As. When washing with 0.05 N of hydrochloric acid or citric acid, more than 99.9% of As was removed from stream deposits, suggesting that As contaminated stream deposits around Goro mine be successfully remediated with the soil washing process. Total volumes of contaminated soils and deposits needed for remediation were calculated based on three different reme-diation target concentrations and the operation cost of soil washing for calculated soil volumes was estimated. Results from this research could be directly used to make a comprehensive countermeasure to remediate contaminated area around Goro mine and also many contaminated areas similar to this research area.
Removal efficiencies of soil washing and soil improvement processes to remediate farmland soils and stream deposits around Goro abandoned mine were investigated with batch and column experiments. For As-contaminated farm-land soils around Goro mine, batch tests to quantify As extraction rate from contaminated soils and lime treated contaminated soils were performed. The contaminated soil mixed with lime decreased As extraction rate less than one fourth, suggesting that the soil improvement method mixed with lime dramatically decrease As extraction rate. A storage dam will be constructed in the lower part of the main stream connected to Goro abandoned mine and the amount of As extracted from the bottom soils of reservoir could be the main source to contaminate water of reservoir. The decrease of As extraction amount from the bottom in reservoir, caused by the application of the soil improvement method was investigated from the physically simulated column experiment and results showed that As extraction rate decreased to one forty when 1％ lime mixed soil improvement was applied to contaminated soils. For contaminated stream deposits connected Goro mine, the removal efficiency of the soil washing method was investigated with batch experiments. Hydrochloric acid, citric acid, acetic acid and distilled water were used as soil washing solution and 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0 N of washing solution were applied to extract As. When washing with 0.05 N of hydrochloric acid or citric acid, more than 99.9% of As was removed from stream deposits, suggesting that As contaminated stream deposits around Goro mine be successfully remediated with the soil washing process. Total volumes of contaminated soils and deposits needed for remediation were calculated based on three different reme-diation target concentrations and the operation cost of soil washing for calculated soil volumes was estimated. Results from this research could be directly used to make a comprehensive countermeasure to remediate contaminated area around Goro mine and also many contaminated areas similar to this research area.
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문제 정의
오염 농경지 토양 복원 방법으로 토양 안정화 공법을 적용하는 경우, 석회를 이용한 토양 복토법에 의하여 토양으로부터 수계로의 비소용출량을 얼마나 감소시킬 수 있는지가 복원 효율을 결정하게 된다. 따라서 본 연구 지역에 적용될 토양 복토법에 사용되는 석회의 효율을 규명하기 위하여, 비소농도가 다른 농경지 토양 4종류에 대하여, 석회에 의한 비소 용출률 영향을 측정하였다. 배치 실험을 통하여 석회 1%, 2%, 5%를 첨가한 토양의 비소 용출률을 석회를 첨가하지 않은 토양의 용출률과 비교하였다.
본 논문은 산출된 오염 토양 규모에 대하여, 차후폐광산 하부 하천에 생성될 댐의 건설과 관련하여 주변 환경이 변화되므로, 댐 건설 후 수몰되는 지역과비수몰 지역으로 나누어 오염 농경지 토양과 하천 퇴적토에 대하여 적절한 복원 대책을 수립하여, 선택된 복원 방법의 효율성을 실내 실험을 통하여 검증하고, 선정된 복원 방법에 의한 고로폐광산의 오염 토양 복원 공정을 설계하는데 중요한 자료를 제공하고자 하였다. 연구 결과들은 본 연구지역과 유사한 폐광산 주변오염 농경지 토양과 하천 퇴적토 복원에 매우 중요하게 사용될 수 있다는 점에서 그 의미가 크다.
그러나 본 연구지역의 경우 댐 건설 후 수몰되는 구역 내의 오염 토양은 장기간 담수 시 복토 후에도 비소의용출이 우려되는 측면을 고려하여 오염된 표층부 30 cm 토양(표토+심토)을 완전히 제거하여 수몰지역으로부터 오염토양을 격리시키고, 비수몰지역인 하천 상류지역 오염 농경지에 대해서만 지속적으로 농경지로 활용하는 것을 고려하여 석회를 혼합한 복토를 실시하는 계획을 수립하였다. 서로 다른 비소 농도를 나타내는 4종류의 실제 농경지 토양을 대상으로 복토를 실시하지 않은 경우와 석회를 첨가한 복토법의 경우 토양으로부터 수계로의 비소 용출 배치실험과 대형 칼럼실험을 실시하여 본 연구 지역의 오염 농경지에 대한 석회복토법의 복원 효과를 규명하였다.
수몰지역 내 저수지 바닥의 오염 토양으로부터 환원상태에서 저수지 수계로 용출되어지는 비소의 용출률과 석회 1%를 혼합한 비오염토로 복토한 토양으로부터 저수지 수계로 용출되어지는 비소의 용출률을 비교하기 위하여, 4종류의 비소 농도를 가지는 농경지 오염토양을 대상으로 모의 칼럼실험을 실시하였다. 칼럼 면적이 268.
가설 설정
8, 9, 10에 나타내었다. 복원 심도를 30 cm(심토깊이)로 가정하였으며, 세척 폐액 및 폐슬러지 처리 및 운반비용은 지정 폐기물공공처리 시설 반입 수수료(환경부고시 제 1997-1호)에 의거하여 산정하였다. 폐액과 폐슬러지 운반 거리는 본 연구지역으로부터 100km 이내로 가정하였으며, 세척 후 발생하는 폐세척액과 폐슬러지 양은 토양 세척 시 일반적으로 발생되는 양을 기준하여, 폐세척액은 세척액 부피의 5%, 폐슬러지는 1%로 가정하였으나, 산정된 복원 비용은 실제 퇴적토 세척 후 발생되는 폐수 및 슬러지 양, 세척액의 재활용정도에 따라변동 될 수 있을 것으로 판단된다.
비소로 오염된 하천 퇴적토를 토양 세척 장비를 이용하여 세척하여, 비소를 토양으로부터 제거하고, 복원된 퇴적토는 세척수와 분리하여, 세척액은 순환시켜 재 사용하고, 최종 세척액과 미세토양을 포함한 폐슬러지 부분은 반출함으로서 오염 지역의 하천 퇴적토를 복원하는 경우를 가정하여 복원에 필요한 비용을 산정하였으며, 복원 물량에 대한 세척 비용 및 세척 후 발생하는 폐용액 및 폐슬러지 처리 비용을 합한 총 복원 비용을 Table 8, 9, 10에 나타내었다. 복원 심도를 30 cm(심토깊이)로 가정하였으며, 세척 폐액 및 폐슬러지 처리 및 운반비용은 지정 폐기물공공처리 시설 반입 수수료(환경부고시 제 1997-1호)에 의거하여 산정하였다.
복원 심도를 30 cm(심토깊이)로 가정하였으며, 세척 폐액 및 폐슬러지 처리 및 운반비용은 지정 폐기물공공처리 시설 반입 수수료(환경부고시 제 1997-1호)에 의거하여 산정하였다. 폐액과 폐슬러지 운반 거리는 본 연구지역으로부터 100km 이내로 가정하였으며, 세척 후 발생하는 폐세척액과 폐슬러지 양은 토양 세척 시 일반적으로 발생되는 양을 기준하여, 폐세척액은 세척액 부피의 5%, 폐슬러지는 1%로 가정하였으나, 산정된 복원 비용은 실제 퇴적토 세척 후 발생되는 폐수 및 슬러지 양, 세척액의 재활용정도에 따라변동 될 수 있을 것으로 판단된다.
제안 방법
(1) 폐광산 주변 농경지 오염 토양 복원을 위해 석회를 첨가한 안정화 공법을 적용하는 경우, 복원 효과를 규명할 수 있는 석회복토에 의한 비소 불용화 효율을 측정하기위하여 배치 실험과 칼럼실험을 실시하였다. 실험 결과 오염 토양으로부터 비소 용출률은 석회복토 실시 후 약 40배 정도 감소하여, 본 연구 지역오염 농경지 토양 복원에 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었다.
(2) 폐광산 주변에 오염된 하천 퇴적토 복원에 토양세척법을 이용하는 경우, 현지 오염 퇴적토에 대한 세척 효과를 검증하기 위하여, 4종류(증류수 포함)의 세척액을 선정하여 각각 다른 농도에서 세척 효율을 측정함으로서 오염 퇴적토를 세척하는데 적절한 세척액의 종류와 농도를 결정하였다. 염산과 구연산 0.
배치 실험을 통하여 석회 1%, 2%, 5%를 첨가한 토양의 비소 용출률을 석회를 첨가하지 않은 토양의 용출률과 비교하였다. 5%의 석회첨가 실험의 경우 건조 토양 시료 19g 과 과립상 석회 (한일석회 회사 제품) 1g 을 혼합하여 500ml 수용액에 첨가하여 20℃에서 lOOrpm 으로 항온 진탕하였으며, 30분, 2시간, 12시간, 1일, 3일, 5일에 대하여 5ml의 시료를 채취하여 2000rpm으로 원심분리한 후 거름종이로 필터링한 용액을 분석하였다. 채취한 수용액 시료의 비소 농도와 초기 토양의 비소 농도로부터 토양의 비소용출분배계수(Kdf)를 다음과 같이 계산하였다.
Table 1, 2, 3에서 제시한 바와 같이 고로폐광산 주변 오염 농경지 토양과 하천 퇴적토를 복원하기 위하여, 토양 복원 목표 농도를 3가지로 설정하여 복원 물량과 비용을 산정하였다. 토양오염 우려기준 농도 이상의 오염 면적은 폐광산에서부터 댐 예정지 하천 하부까지의 총 면적(87.
계산된 용출분배계수를 비교하여 석회를 첨가한 용출률 감소 효과를 규명하였으며, 용출액의 비소 분석은 부경대학교 공동실험실습관에 의뢰하여 비소분석을위한 기화장치가 부착된 ICP/MS(모델명: Perkin Elmer Elan 600)로 분석하였다.
고로폐광산 주변 하천 퇴적토를 토양 세척법을 이용하여 복원하는 경우, 세척 효율을 규명하기 위하여 하천 퇴적토 3종류에 대하여 초산, 구연산, 염산 각각 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0 N 수용액과 증류수(pH 5.3 적정)에 대하여 각각 토양 세척 효율 배치 실험을 실시하였다. 자연 건조된 퇴적토 시료 20 g 을 세척액 500 ml 에 넣어 2이에서 200rpm으로 3시간 항온진탕한 후, 상등액을 취하여 원심분리(2000 rpm에서 20분)하고, 거름종이로 필터링한 용액을 분석하였다.
복토법은 오염 정도가 비교적 낮은 토양 복원에 주로 적용되는 방법으로서, 오염 토양 상부를 심토 깊이(30 cm) 만큼 비오염 토양으로 복토함으로써토양으로부터 수계로 용출되는 비소 양을 감소시키는 방법으로 오염토양을 따로 채굴하여 이동 시킬 필요가 없기 때문에 주로 광범위한 농경지토양 복원에 적합한것으로 나타났으며, 중금속의 불용화 수단으로 비 오염토양을 석회를 혼합하여 복토함으로써 중금속의 용출을 토양으로부터 억제하여 복원 효과를 증대시키는 방법이다(나춘기 등 1997; 한국수자원공사, 2003). 그러나 본 연구지역의 경우 댐 건설 후 수몰되는 구역 내의 오염 토양은 장기간 담수 시 복토 후에도 비소의용출이 우려되는 측면을 고려하여 오염된 표층부 30 cm 토양(표토+심토)을 완전히 제거하여 수몰지역으로부터 오염토양을 격리시키고, 비수몰지역인 하천 상류지역 오염 농경지에 대해서만 지속적으로 농경지로 활용하는 것을 고려하여 석회를 혼합한 복토를 실시하는 계획을 수립하였다. 서로 다른 비소 농도를 나타내는 4종류의 실제 농경지 토양을 대상으로 복토를 실시하지 않은 경우와 석회를 첨가한 복토법의 경우 토양으로부터 수계로의 비소 용출 배치실험과 대형 칼럼실험을 실시하여 본 연구 지역의 오염 농경지에 대한 석회복토법의 복원 효과를 규명하였다.
1mg/kg)가 토양오염우려기준인 6mg/kg 보다 낮았다(차종철 등, 2003). 따라서 이미 본 폐광산 주변 농지에 부분적으로 적용한 사례가 있으며(한국수자원공사, 2002), 오염 농경지 토양이 주로 표토에 국한되어 있음을 감안하여 단기간에 적은 비용으로 정화가 가능한 석회를 첨가한토양 안정화 공법(토양 복토법)으로 복원하는 것을 계획하였다. 복토법은 오염 정도가 비교적 낮은 토양 복원에 주로 적용되는 방법으로서, 오염 토양 상부를 심토 깊이(30 cm) 만큼 비오염 토양으로 복토함으로써토양으로부터 수계로 용출되는 비소 양을 감소시키는 방법으로 오염토양을 따로 채굴하여 이동 시킬 필요가 없기 때문에 주로 광범위한 농경지토양 복원에 적합한것으로 나타났으며, 중금속의 불용화 수단으로 비 오염토양을 석회를 혼합하여 복토함으로써 중금속의 용출을 토양으로부터 억제하여 복원 효과를 증대시키는 방법이다(나춘기 등 1997; 한국수자원공사, 2003).
따라서 본 연구 지역에 적용될 토양 복토법에 사용되는 석회의 효율을 규명하기 위하여, 비소농도가 다른 농경지 토양 4종류에 대하여, 석회에 의한 비소 용출률 영향을 측정하였다. 배치 실험을 통하여 석회 1%, 2%, 5%를 첨가한 토양의 비소 용출률을 석회를 첨가하지 않은 토양의 용출률과 비교하였다. 5%의 석회첨가 실험의 경우 건조 토양 시료 19g 과 과립상 석회 (한일석회 회사 제품) 1g 을 혼합하여 500ml 수용액에 첨가하여 20℃에서 lOOrpm 으로 항온 진탕하였으며, 30분, 2시간, 12시간, 1일, 3일, 5일에 대하여 5ml의 시료를 채취하여 2000rpm으로 원심분리한 후 거름종이로 필터링한 용액을 분석하였다.
001 mg/kg 이하)에 석회 1% 를 혼합하여 복토재로 사용하였으며, 칼럼 하부로부터 오염 농경지 토양을 5 cm 깊이로 채우고 오염 토양 상부에 복토를 15cm 깊이로 채운 후 탈이온수를 복토토양 상부 10cm 높이까지 채웠으며, 나머지 실험 과정은 이전과 같다. 복토를 실시한 토양과 실시하지 않은 토양에 대하여 채취한 수용액의 비소 농도로부터 단위 면적당 시간에 따른 비소의 용출량을 계산하여 1년동안 수계로 용출되는 비소의 양과 용출률을 계산하여 비교함으로써, 수몰지역에서 석회를 이용한 토양 안정화 공법(토양 복토법)의 효율을 규명하였다. Fig.
조사 면적 950000 n?에 대하여, 총 741개의 토양 시료를 채취하여 중금속 분석을 실시하였으며, 이 결과 폐광산 주변이 비소에 의해 심각하게 오염 되어 있음을 알 수 있었고, 분석 결과로부터 조사 지역에 대한 비소 오염 지도를 작성하여 오염 분포를 규명하였으며, 복원 목표 비소 농도에 따른 복원 면적과 물량을 산출하였다(차종철 등, 2003). 본연구 지역의 경우 토양의 비소 농도가 토양오염 우려 기준 이하의 낮은 농도라도 댐 건설 후 생성되는 저수지 특성상, 비소가 댐 담수 이후에 저수지 바닥으로부터 용출되어 지속적인 수계에 영향을 줄 가능성이 존재하므로, 저수지 수질의 안전성을 확보하고 깨끗한 물공급을 원하는 지역 수요자의 기대에 부응하는 측면에서 토양오염우려기준 농도(6mg/kg), 우려기준치의 40% 농도(오염확인기준: 2.4mg/kg), 그리고 최상의 경우인 주변 배경치 농도(1.23mg/kg)로 복원 목표를 설정하는 경우에 대하여 복원 대상 물량을 산정하였다 (환경부, 2003). Fig.
비소 농도가 각각 17.7 mg/kg, 5.4mg/kg 인 농경지 토양(토양 시료 5, 6)에 대하여 저수지 바닥의 환원 상태에서 총 92일 동안 시간에 따른 비소 용출칼럼 실험을 실시하였으며, 농도가 각각 6.1mg/kg, 2.4mg, kg 인 농경지 토양(토양 시료 7, 8)을 석회 1%를 혼합한 비오염 토양으로 복토한 후 같은 조건에서 총 84일 동안 용출 칼럼 실험을 실시하였다. Table 5는 복토를 실시하지 않은 칼럼 실험 결과를 나타내며, Table &은 석회1% 복토를 실시한 칼럼 실험 결과를 나타낸다.
비소 농도가 각각 24.3 mg/kg, 7.2 mg/kg, 2.6 mg/kg 인 3종류의 하천 퇴적토(토양 시료 9, 10, 11)에 대하여 세척 효율 배치 실험을 실시하였다(초산으로 세척한 실험의 경우에만 비소 농도가 24.3mg/kg, 7.2 mg/kg인 퇴적토 이용). 기존의 토양 세척과 관련된 참고 문헌으로부터 염산, 구연산, 초산, 증류수(염산으로 pH 5.
따라서 비용이 비교적 고가이기는 하나 단시간 내에복원이 가능하고 복원효과가 우수하여 복원 목표 농도 이하로 처리하기가 쉬우며, 하천 퇴적토의 주 입도 분석 결과 94%(평균 98%) 이상이 모래 입자로 구성되어 있다는 점, 복원된 모래를 댐 건설의 재료로 활용할수 있다는 점을 감안하여 토양세척방법이 가장 효과적으로 적용될 수 있다고 판단되었다(정동철 등, 1997; 오종기 등, 1998; 한춘 등, 1998; 이동호와 박옥현, 1999). 비소로 오염된 하천 퇴적토를 토양세척장비를 사용하여 제거하여 토양과 세척수를 분리한 다음, 세척액은 순환시켜 재사용하고, 최종 세척액과 미세 토양을 포함한 폐슬러지 부분은 위탁 처리하는 대책을 수립하였으며, 토양세척의 비소 제거 효율을 규명하기 위하여 연구지역의 오염 하천 퇴적토를 채취하여 토양세척 배치 실험을 실시하였다.
비소에 의해 오염된 고로폐광산주변 농경지 토양 및 하천 퇴적토 복원을 위한 복원 공정의 효율성 실험을 실시하였고, 선정된 복원 방법에 대한 오염 토양 복원비용 산정하였으며, 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
폐광산과 연결된 주 하천 하부에 댐이 건설되는 경우, 담수에 의해 수몰되는 지역과 비수몰 지역을 구분하여 농경지 오염 토양 복원대책을 수립하였다. 비수몰 지역 농경지 토양은 석회복토법으로 복원하는 계획을 수립하였으며, 수몰지역의 농경지 토양은 석회복토법으로 복원하는 계획과 수몰지역으로부터 굴착/격리하여 토양의 비소 오염 농도를 우려기준의 40% 이하로 낮추어서 댐 건설현장에서 재활용하는 계획을 제시하였다.
2002년 경상북도 군위군 고로면 석산리에 위치한 고로폐광산과 연결된 주 하천 하부에 댐 건설 계획이 수립되어, 고로폐광산 주변 환경영향평가의 일부분으로 폐광산 주변 농경지와 하천 퇴적토에 대한 토양정밀조사가 실시되었다. 조사 면적 950000 n?에 대하여, 총 741개의 토양 시료를 채취하여 중금속 분석을 실시하였으며, 이 결과 폐광산 주변이 비소에 의해 심각하게 오염 되어 있음을 알 수 있었고, 분석 결과로부터 조사 지역에 대한 비소 오염 지도를 작성하여 오염 분포를 규명하였으며, 복원 목표 비소 농도에 따른 복원 면적과 물량을 산출하였다(차종철 등, 2003). 본연구 지역의 경우 토양의 비소 농도가 토양오염 우려 기준 이하의 낮은 농도라도 댐 건설 후 생성되는 저수지 특성상, 비소가 댐 담수 이후에 저수지 바닥으로부터 용출되어 지속적인 수계에 영향을 줄 가능성이 존재하므로, 저수지 수질의 안전성을 확보하고 깨끗한 물공급을 원하는 지역 수요자의 기대에 부응하는 측면에서 토양오염우려기준 농도(6mg/kg), 우려기준치의 40% 농도(오염확인기준: 2.
3 적정)에 대하여 각각 토양 세척 효율 배치 실험을 실시하였다. 자연 건조된 퇴적토 시료 20 g 을 세척액 500 ml 에 넣어 2이에서 200rpm으로 3시간 항온진탕한 후, 상등액을 취하여 원심분리(2000 rpm에서 20분)하고, 거름종이로 필터링한 용액을 분석하였다. 적절한 세척 시간을 결정하기 위하여 세척시간을 달리하며 세척률을 측정한 결과 총 세척 실험의 95% 이상에서 180분 이상 세척하는 경우, 세척률이 거의 일정하게 유지되어서, 적절한 세척 시간을 B시간으로 결정하였다.
9 cm, 높이 30 cm) 인 아크릴칼럼이 사용되었고, 칼럼 상/하부는 조밀한 강철격자체와 용액을 주입/배출할 수 있는 연결관으로 이루어져있으며, 칼럼 원통면에 30 cm 간격으로 시료 채취 홈이 제작되어 밸브와 함께 튜브와 연결되어있다. 저수지바닥의 환원 환경을 만들기 위하여 칼럼 내 기체를 질소 가스로 대치한 후 오염 농경지 토양을 칼럼 내 10 cm 깊이로 채우고 다시 질소 가스로 칼럼 내를 순환시킨 후 밀봉하였다. pH 7의 탈이온수를 질소가스로 퍼지하여 용액의 용존 산소 농도가 O.
Table 5는 복토를 실시하지 않은 칼럼 실험 결과를 나타내며, Table &은 석회1% 복토를 실시한 칼럼 실험 결과를 나타낸다. 칼럼 실험으로부터 시간에 따라 용출된 비소 농도와 오염 토양의 깊이를 30 cm(심토깊이 )로 한정하였을 때 , 단위 면적 (m2) 당 1년 동안 오염 토양으로부터 저수지 수계로 용출되는 비소량을 산출하였다. Table 7은 비소량 산출에 사용된 변수값을 나타낸다.
lmg^L 이하가 되게한 후 튜브를 통하여 칼럼 내로 주입하여 토양 표면 위 10 cm 까지 채웠다. 토양 표면 상부 3-5 cm에서 칼럼벽면의 시료 채취 홈에 시린지를 이용하여 약 90여 일동안 하루에 한번씩 10 mg 채취한 후, 수용액의 비소농도를 분석하였다. 석회복토 칼럼 실험의 경우, 비오염토양 (초기 비소 농도 0.
적절한 세척 시간을 결정하기 위하여 세척시간을 달리하며 세척률을 측정한 결과 총 세척 실험의 95% 이상에서 180분 이상 세척하는 경우, 세척률이 거의 일정하게 유지되어서, 적절한 세척 시간을 B시간으로 결정하였다. 퇴적토의 초기 비소 농도와 세척액의 비소 농도로부터, 세척되는 비소량과 토양으로부터 비소 제거율을 계산하였다.
폐광산 주변 비소 오염 농경지 중, 대표성이 있는논, 밭, 과수원에서 오염 토양의 비소 농도가 각각 88.2, 41.1, 6.6, 2.8 mg/kg 인 토양 시료(토양시료 1, 2, 3, 4>를 채취하여 석회를 혼합하지 않은 경우와 석회 1%, 2%, 5%를 혼합한 경우 토양으로부터 용출되는 비소량과 용출분배계수(Ku)를 구하였으며, 그 결과를 Table 4에 나타내었다. 토양 종류에 따라 용출되는비소양의 차이가 심한 것으로 나타났으며 이는 각 토양들의 물리/화학적 특성의 차이 때문으로 여겨진다.
폐광산과 연결된 주 하천 하부에 댐이 건설되는 경우, 담수에 의해 수몰되는 지역과 비수몰 지역을 구분하여 농경지 오염 토양 복원대책을 수립하였다. 비수몰 지역 농경지 토양은 석회복토법으로 복원하는 계획을 수립하였으며, 수몰지역의 농경지 토양은 석회복토법으로 복원하는 계획과 수몰지역으로부터 굴착/격리하여 토양의 비소 오염 농도를 우려기준의 40% 이하로 낮추어서 댐 건설현장에서 재활용하는 계획을 제시하였다.
대상 데이터
토양 표면 상부 3-5 cm에서 칼럼벽면의 시료 채취 홈에 시린지를 이용하여 약 90여 일동안 하루에 한번씩 10 mg 채취한 후, 수용액의 비소농도를 분석하였다. 석회복토 칼럼 실험의 경우, 비오염토양 (초기 비소 농도 0.001 mg/kg 이하)에 석회 1% 를 혼합하여 복토재로 사용하였으며, 칼럼 하부로부터 오염 농경지 토양을 5 cm 깊이로 채우고 오염 토양 상부에 복토를 15cm 깊이로 채운 후 탈이온수를 복토토양 상부 10cm 높이까지 채웠으며, 나머지 실험 과정은 이전과 같다. 복토를 실시한 토양과 실시하지 않은 토양에 대하여 채취한 수용액의 비소 농도로부터 단위 면적당 시간에 따른 비소의 용출량을 계산하여 1년동안 수계로 용출되는 비소의 양과 용출률을 계산하여 비교함으로써, 수몰지역에서 석회를 이용한 토양 안정화 공법(토양 복토법)의 효율을 규명하였다.
대상으로 모의 칼럼실험을 실시하였다. 칼럼 면적이 268.8 emW지름 18.9 cm, 높이 30 cm) 인 아크릴칼럼이 사용되었고, 칼럼 상/하부는 조밀한 강철격자체와 용액을 주입/배출할 수 있는 연결관으로 이루어져있으며, 칼럼 원통면에 30 cm 간격으로 시료 채취 홈이 제작되어 밸브와 함께 튜브와 연결되어있다. 저수지바닥의 환원 환경을 만들기 위하여 칼럼 내 기체를 질소 가스로 대치한 후 오염 농경지 토양을 칼럼 내 10 cm 깊이로 채우고 다시 질소 가스로 칼럼 내를 순환시킨 후 밀봉하였다.
성능/효과
(3) 오염 토양 복원 목표를 토양오염우려기준, 우려기준의 40%, 주변 배경치 농도로 구분하여 복원 대책을 수립하였고, 하천퇴적토 복원의 경우 토양 세척법을 이용하여 복원하는 계획을 수립하였으며, 비소로 오염된 하천 퇴적토를 토양세척장비를 사용하여 제거하여 토양과 세척수를 분리한 다음, 세척액은 순환시켜 재사용하고, 최종 세척액과 미세 토양을 포함한 폐슬러지 부분은 위탁 처리하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다. 폐광산과 연결된 주 하천 하부에 댐이 건설되는 경우, 담수에 의해 수몰되는 지역과 비수몰 지역을 구분하여 농경지 오염 토양 복원대책을 수립하였다.
3 인 증류수로 세척한 경우에는 약 20% 내외의 세척 효율을 나타내었다. 결론적으로 비소로 오염된 하천 퇴적토는 적절한 세정용액을 이용한 세척과정에 의해서 충분히 제거 될 수 있는 것으로 나타나, 기존 오염 퇴적토 내 비소의 90% 이상을 효과적으로 제거할 수 있으며, 복원 목표 농도를 토양오염우려기준, 우려기준의 40%(오염 확인 기준) 로 설정하여 복원할 수 있을 것으로 판단되었다. 또한 오염 퇴적토의 비소오염농도 분포에 따라 세척액을 선별하여 세척한다면 세척 효과를 훨씬 증대시킬 수 있을 것으로 사료된다.
따라서 복토 칼럼 실험 결과에서와 같이, 수몰지역의 경우 석회복토법이 저수지 바닥의 비소 용출을 40배 이상 감소시켜, 저수지 수계의영향은 거의 없을 것으로 판단되나, 수몰지역의 오염농경지 토양 복원에 대해서는 석회복토법을 실시하는 복원 계획보다는 수계 오염의 원인이 되는 오염 토양을 굴착/제거하여 수몰 지역으로부터 격리시키는 계획이 보다 안전하다고 판단되었다. 그러나 수몰지역 오염 토양을 굴착하여 수몰지역으로부터 격리하는 계획은 현실적으로 본 고로폐광산 지역 주변에서 오염 토양 70, 000-100, 000 m3 규모를 폐기물 처리할 수 있는공간을 확보하기가 어려우며, 오염 토양을 외부로 반출/운송하는 절차가 환경법상 매우 까다롭고, 주변 지역 주민의 정서를 감안할 때 불가능하다고 판단되었으며, 따라서 굴착된 오염 토양을 현장에서 비오염토와석회를 혼합하여 복원 목표 농도 이하로 낮춘 후, 건설되는 댐 배면부 환경 친화층(댐의 담수와 접촉되지 않는 부분에 매립하고 지속적인 모니터링을 실시하여 오염 누출을 제어하는 방법이 보다 현실적인 복원 방법이라 판단되었다. 이러한 복토/재활용 방법의 적용은 복토된 토양 전량을 현지에서 활용할 수 있어서 현 오염 지역의 복원에 적절한 복원 계획이라고 사료된다.
3 m(심토까지)로 가정하면, 퇴적토의 토양 세척 대상 물량은 54, 300 n? 이였다. 대상 물량에 대한 세척 비용 및 세척 폐용액 및 슬러지 처리 비용을 합한 총 복원 비용은 4511, 520, 930원으로 산정되었으며, 복원 목표를 주변 토양 배경치 농도(1.23 mg/kg)로 설정하는 경우 총세척 비용은 4708, 565, 000원으로서 비용의 큰 차이는없으나, 복원 목표를 토양오염우려기준(6 mg/kg)으로 설정한 경우의 세척 비용인 847, 468, 020원과는 큰 차이를 보였다. 이러한 결과로부터 복원 목표 설정에 따른 비용차이가 크므로 세척 비용과 주변 환경의 안전성을 적절히 고려하여 최종 복원 목표를 결정할 필요가 있음을 알 수 있었으며, 복원 후 퇴적토를 댐 유역으로부터 격리시켜 매립하는 경우에는 복원 목표를 토양오염우려 기준으로 설정하는 것이 바람직하나, 퇴적토를 댐 건설을 위해 재활용하는 경우에는 안전성을 고려하여 토양오염우려기준농도의 40%나 주변 배경치 농도를 복원 목표로 설정하는 것이 바람직 할 것으로 판단되었다.
댐 건설시 저수지 상류에 위치하게 되는 비수몰 지역농경지 오염 토양에 대하여 비오염 토양을 이용하여 복토를 심토 깊이인 30 cm 두께로 실시하고, 복토에 사용되는 비오염 토양게 1%의 석회를 첨가하는 것을 가정하여 석회복토법을 적용하는 경우, 토양으로부터 비소용출을 20배 이상 최소화 할 수 있을 것으로 판단되며, 따라서 저수지 상류의 오염 농경지 토양에 의한 저수지 수질 악화를 예방할 수 있고, 복토에 의한 농경지 토양의 오염을 줄일 수 있을 것으로 판단되었다.
비수몰지역의 경우, 토양복토 이후에도 필요한 경우 주변 수계의 오염을 막기 위한 후처리 공정의 적용이 가능할 수 있으나, 수몰지역의 경우에는 저수지 형성 후에는 더 이상의 오염 토양 처리는 거의 불가능하다. 따라서 복토 칼럼 실험 결과에서와 같이, 수몰지역의 경우 석회복토법이 저수지 바닥의 비소 용출을 40배 이상 감소시켜, 저수지 수계의영향은 거의 없을 것으로 판단되나, 수몰지역의 오염농경지 토양 복원에 대해서는 석회복토법을 실시하는 복원 계획보다는 수계 오염의 원인이 되는 오염 토양을 굴착/제거하여 수몰 지역으로부터 격리시키는 계획이 보다 안전하다고 판단되었다. 그러나 수몰지역 오염 토양을 굴착하여 수몰지역으로부터 격리하는 계획은 현실적으로 본 고로폐광산 지역 주변에서 오염 토양 70, 000-100, 000 m3 규모를 폐기물 처리할 수 있는공간을 확보하기가 어려우며, 오염 토양을 외부로 반출/운송하는 절차가 환경법상 매우 까다롭고, 주변 지역 주민의 정서를 감안할 때 불가능하다고 판단되었으며, 따라서 굴착된 오염 토양을 현장에서 비오염토와석회를 혼합하여 복원 목표 농도 이하로 낮춘 후, 건설되는 댐 배면부 환경 친화층(댐의 담수와 접촉되지 않는 부분에 매립하고 지속적인 모니터링을 실시하여 오염 누출을 제어하는 방법이 보다 현실적인 복원 방법이라 판단되었다.
11%의 비소가 용출하게 된다. 따라서 석회 복토를 실시한 토양의 경우 저수지 바닥으로부터 수계로의 비소 용출률은 약 40배 정도 감소하는 것으로 나타나, 석회복토법에 의한 오염 토양의 수계 오염 감소 효과가 매우 크다는 것을 알 수 있다. 배치 실험 및 대형 칼럼 실험을 통하여 석회를 첨가한 토양 안정화 공법에 의한 비소의 불용화 효과를 확인 할 수 있었으며, 따라서 본연구 지역의 오염 농경지 토양 복원에 적절하게 사용 될 수 있을 것으로 판단되었다.
1%에 해당된다. 또한 댐 건설 후 수몰지내 토양오염우려기준 이상 오염 면적은 전체 수몰면적 (2.27 knF)의 3.9% 정도이며, 토양오염 우려기준의 40% 이상되는 오염 면적과 배경 농도 이상 지역은 각각 전체 수몰면적의 12.0%, 14.3%에 해당되었다.
토양이 비휘발성이며 생물학적으로 난분해성인 중금속들로 오염되어있는 경우, 이들을 제거하는데 적합한 정화기술로써 현장에서 널리 쓰이는 방법은 오염토양 굴착/매립법, 고형화/안정화 방법, 전기 영동법, 객토/복토법, 식물 경작법, 토양 세척법등이 있다(Anderson, 1995; 이민효, 2003). 본 연구지역의 토양 정밀조사 결과 폐광산 주변 농경지 오염은 주로 폐광산과 연결된 하천의 범람에 의하여 발생되어 폐광산과의 거리와 무관하게 비교적 넓게 오염되어 있었으며, 오염 대상 물질은비소로 한정되어있고 시료의 평균 비소 농도(표토 평균 농도: 5.1mg/kg, 심토 평균 농도: 2.1mg/kg)가 토양오염우려기준인 6mg/kg 보다 낮았다(차종철 등, 2003). 따라서 이미 본 폐광산 주변 농지에 부분적으로 적용한 사례가 있으며(한국수자원공사, 2002), 오염 농경지 토양이 주로 표토에 국한되어 있음을 감안하여 단기간에 적은 비용으로 정화가 가능한 석회를 첨가한토양 안정화 공법(토양 복토법)으로 복원하는 것을 계획하였다.
3, 4, 5 에 나타내었다. 세척 실험 결과 염산의 경우 비소 농도와 관계없이 0.05N 세척액에 의해 전량 용출되었으며, 구연산의 경우에도 한 시료를 제외하고는 0.05 N 세척액에 의해 비소가 전량 제거됨으로서 염산과 구연산 세척액의 세척 효율은 매우 뛰어난 것으로 판단되었다. 초산으로 세척한 경우에는 1N 세척액에 의해 36%와 71%의 비소 제거율을 나타내어 세척 효과가 다른 세척액에 비해 낮은 것으로 나타났으며, pH 5.
실험 결과 오염 토양으로부터 비소 용출률은 석회복토 실시 후 약 40배 정도 감소하여, 본 연구 지역오염 농경지 토양 복원에 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었다.
연구 결과들은 본 연구지역과 유사한 폐광산 주변오염 농경지 토양과 하천 퇴적토 복원에 매우 중요하게 사용될 수 있다는 점에서 그 의미가 크다.
23 mg/kg)로 설정하는 경우 총세척 비용은 4708, 565, 000원으로서 비용의 큰 차이는없으나, 복원 목표를 토양오염우려기준(6 mg/kg)으로 설정한 경우의 세척 비용인 847, 468, 020원과는 큰 차이를 보였다. 이러한 결과로부터 복원 목표 설정에 따른 비용차이가 크므로 세척 비용과 주변 환경의 안전성을 적절히 고려하여 최종 복원 목표를 결정할 필요가 있음을 알 수 있었으며, 복원 후 퇴적토를 댐 유역으로부터 격리시켜 매립하는 경우에는 복원 목표를 토양오염우려 기준으로 설정하는 것이 바람직하나, 퇴적토를 댐 건설을 위해 재활용하는 경우에는 안전성을 고려하여 토양오염우려기준농도의 40%나 주변 배경치 농도를 복원 목표로 설정하는 것이 바람직 할 것으로 판단되었다.
자연 건조된 퇴적토 시료 20 g 을 세척액 500 ml 에 넣어 2이에서 200rpm으로 3시간 항온진탕한 후, 상등액을 취하여 원심분리(2000 rpm에서 20분)하고, 거름종이로 필터링한 용액을 분석하였다. 적절한 세척 시간을 결정하기 위하여 세척시간을 달리하며 세척률을 측정한 결과 총 세척 실험의 95% 이상에서 180분 이상 세척하는 경우, 세척률이 거의 일정하게 유지되어서, 적절한 세척 시간을 B시간으로 결정하였다. 퇴적토의 초기 비소 농도와 세척액의 비소 농도로부터, 세척되는 비소량과 토양으로부터 비소 제거율을 계산하였다.
05 N 세척액에 의해 비소가 전량 제거됨으로서 염산과 구연산 세척액의 세척 효율은 매우 뛰어난 것으로 판단되었다. 초산으로 세척한 경우에는 1N 세척액에 의해 36%와 71%의 비소 제거율을 나타내어 세척 효과가 다른 세척액에 비해 낮은 것으로 나타났으며, pH 5.3 인 증류수로 세척한 경우에는 약 20% 내외의 세척 효율을 나타내었다. 결론적으로 비소로 오염된 하천 퇴적토는 적절한 세정용액을 이용한 세척과정에 의해서 충분히 제거 될 수 있는 것으로 나타나, 기존 오염 퇴적토 내 비소의 90% 이상을 효과적으로 제거할 수 있으며, 복원 목표 농도를 토양오염우려기준, 우려기준의 40%(오염 확인 기준) 로 설정하여 복원할 수 있을 것으로 판단되었다.
5일동안 용출된 비소 양을 비교하여보면, 석회를 첨가한 토양의 경우 비소의 용출량이 현저하게 감소하고 있다. 토양 시료 1의 경우 비소 용출량은 석회 1% 혼합한경우 약 절반으로 감소하였으며, 2%와 5%를 혼합한 토양은 용출량이 각각 예], 12배 감소하는 것으로 나타났다. 토양 시료2의 실험 결과도 2%, 5% 석회를 혼합한 경우 비소 용출량은 각각 3배, 35배 감소하였다.
후속연구
(4) 본 연구는 대규모 토양 정밀 조사 자료를 기초로 하여 폐광주변 오염 토양 복원을 목표로 실시된 구체적인 복원 공정 설계라는 측면에서, 본 연구 지역과 유사한 폐광산 주변 지역의 오염 토양 복원 대책 수립시 매우 중요한 자료를 제공할 수 있으며, 고로 폐광산오염 토양 복원 사업에 바로 적용될 수 있는 복원 공정의 설계 자료라는 측면에서 그 의미가 크다.
결론적으로 비소로 오염된 하천 퇴적토는 적절한 세정용액을 이용한 세척과정에 의해서 충분히 제거 될 수 있는 것으로 나타나, 기존 오염 퇴적토 내 비소의 90% 이상을 효과적으로 제거할 수 있으며, 복원 목표 농도를 토양오염우려기준, 우려기준의 40%(오염 확인 기준) 로 설정하여 복원할 수 있을 것으로 판단되었다. 또한 오염 퇴적토의 비소오염농도 분포에 따라 세척액을 선별하여 세척한다면 세척 효과를 훨씬 증대시킬 수 있을 것으로 사료된다.
따라서 석회 복토를 실시한 토양의 경우 저수지 바닥으로부터 수계로의 비소 용출률은 약 40배 정도 감소하는 것으로 나타나, 석회복토법에 의한 오염 토양의 수계 오염 감소 효과가 매우 크다는 것을 알 수 있다. 배치 실험 및 대형 칼럼 실험을 통하여 석회를 첨가한 토양 안정화 공법에 의한 비소의 불용화 효과를 확인 할 수 있었으며, 따라서 본연구 지역의 오염 농경지 토양 복원에 적절하게 사용 될 수 있을 것으로 판단되었다.
제시하지 않았다. 본 논문에 제시된 복원 방법에 의한 복원 사업 시행에 앞서, 파일럿규모의 플랜트 공정이 선행된다면, 보다 구체적인 복원 대책 설계 및비용 산정이 이루어질 것으로 판단된다.
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