금속광산 일대의 비소오염 지중 복원기술로써 투수성 반응벽체의 흡착제로 철산화물인 적철석 피복 모래의 적용가능성을 평가했다. 이를 위해서 흡착곡선실험, 비소제거속도실험 및 컬럼내 비소 제거 실험을 통해서 철산화물 피복 모래에 의한 비소 3가와 비소 5가의 제거 효율 및 유동환경에서의 비소 제거능력에 대해 고찰하였다. 적철석 피복 모래는 1.0 mg/L 수준의 낮은 비소 농도에서 높은 흡착력을 보이는 선형 등온 흡착곡선을 보였다. 컬럼실험에서 높은 피복모래의 안은 비소제거효율을 높였으나, 비소 3가가 비소 5가보다 흡착력이 떨어지고 지하수의 유동적인 환경에서 비소의 물리적 확산 현상으로 흡착반응속도의 저하 때문에 제거양이 감소했다. 따라서, 유동적인 환경에서 피복모래의 상대적인 양, 비소화학종의 흡착력, 흡착반응속도가 제거 효율을 좌우했다.
금속광산 일대의 비소오염 지중 복원기술로써 투수성 반응벽체의 흡착제로 철산화물인 적철석 피복 모래의 적용가능성을 평가했다. 이를 위해서 흡착곡선실험, 비소제거속도실험 및 컬럼내 비소 제거 실험을 통해서 철산화물 피복 모래에 의한 비소 3가와 비소 5가의 제거 효율 및 유동환경에서의 비소 제거능력에 대해 고찰하였다. 적철석 피복 모래는 1.0 mg/L 수준의 낮은 비소 농도에서 높은 흡착력을 보이는 선형 등온 흡착곡선을 보였다. 컬럼실험에서 높은 피복모래의 안은 비소제거효율을 높였으나, 비소 3가가 비소 5가보다 흡착력이 떨어지고 지하수의 유동적인 환경에서 비소의 물리적 확산 현상으로 흡착반응속도의 저하 때문에 제거양이 감소했다. 따라서, 유동적인 환경에서 피복모래의 상대적인 양, 비소화학종의 흡착력, 흡착반응속도가 제거 효율을 좌우했다.
Hematite-coated sand was examined for the application of the PRB (permeable reactive barrier) to the arsenic-contaminated subsurface in the metal mining areas. The removal efficiency of As in a batch and a flow system was investigated through the adsorption isotherm, removal kinetics and column expe...
Hematite-coated sand was examined for the application of the PRB (permeable reactive barrier) to the arsenic-contaminated subsurface in the metal mining areas. The removal efficiency of As in a batch and a flow system was investigated through the adsorption isotherm, removal kinetics and column experiments. Hematite-coated sand followed a linear adsorption isotherm with high adsorption capacity at low level concentrations of As (<1.0 mg/L). In the column experiments, high content of hematite-coated sand enhanced the removal efficiency, but the amount of the As removal decreased due to the higher affinity of As (V) than As (III) and reduced adsorption kinetics in the flow system. Therefore. the amount of hematite-coated sand, the adsorption affinity of As species and removal kinetics determined the removal efficiency of As in a flow system.
Hematite-coated sand was examined for the application of the PRB (permeable reactive barrier) to the arsenic-contaminated subsurface in the metal mining areas. The removal efficiency of As in a batch and a flow system was investigated through the adsorption isotherm, removal kinetics and column experiments. Hematite-coated sand followed a linear adsorption isotherm with high adsorption capacity at low level concentrations of As (<1.0 mg/L). In the column experiments, high content of hematite-coated sand enhanced the removal efficiency, but the amount of the As removal decreased due to the higher affinity of As (V) than As (III) and reduced adsorption kinetics in the flow system. Therefore. the amount of hematite-coated sand, the adsorption affinity of As species and removal kinetics determined the removal efficiency of As in a flow system.
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문제 정의
본 실험에서는 비소의 화학종에 따른 상대적인 흡착경향을 조사하기 위해서 동일한 피복모래의 흡착표면에서 비소 3가와 비소 5가의 흡착속도를 고찰하였다. 바탕 이온강도(LOmM)만 조절된 흡착실험은 시간에 따라 급격한 비소의 농도 감소를 보여주며(Fig.
본 연구의 목적은 금속광산 일대의 비소로 오염된 토양 및 지하수의 복원을 위해서 반응벽체기술에 이용될 처리 효율과 경제성이 높은 반응벽체의 충진제를 개발하는 것이다. 이를 위해서 배치 및 컬럼실험을 통해서 높은 비소 흡착 제거효율을 지닌 철산화물 입자를 모래 표면에 흡착시키기 위한 최적 조건 도출과 비소 흡착제거 특성을 조 사하였다.
반응벽체의 충긴물질로 사용할 적철석 피복 모래를 제조하였다. Sugimoto 등21)에 의해서 제안된 3가의 철을 포함하는 염화철(FeCh)을 수산화나트륨(NaOH)와 1:3의 비율로 물과 함께 혼합하여 8일 동안 KXTC에서 정치시킨후 72시간 동안 상온으로 서서히 냉각시켜 산화철인 적철석 콜로이드를 합성하였다. 합성한 산화철(적철석 콜로이드용액 약 1 g hematite/L}을 모래와 증류수를 함께 1:5:10(적철석 콜로이드 용액모래물)의 부피로 혼합하고 이온 강도와 pH를 조절한 후 하루 동안 70℃의 온도에서 교반한 후, 충분한 세척하고, 건조 혹은 함수상태의 충진물질로 사용하였다.
적철석 콜로이드의 입자크기는 전기 영동기 (Electrophoresis measurement, ELS-8000, Photal Otsuka Electronics)로 측정했고, 표면적은 n2-bet 표면 분석기로 측정했다. 광물학적인 연구를 위해 합성광물은 XRD로 확인했으며, 적철석 피복의 표면 특성은 SEM으로 확인했다.
이는 평형을 이루는 용액상에 낮은 농도의 비소가 존재하기 때문에 국부적인 선형 흡착곡선을 보이는 것으로 판단된다. 또한, 비소 3가와 비소 5가가 적철석 콜로이드로 흡착된 모래의 표면에 균질하게 높은 흡착양을 가잠을 지시한다. 그리고, 용액의 반응 전후 pH변화는 초기 6.
합성한 산화철(적철석 콜로이드용액 약 1 g hematite/L}을 모래와 증류수를 함께 1:5:10(적철석 콜로이드 용액모래물)의 부피로 혼합하고 이온 강도와 pH를 조절한 후 하루 동안 70℃의 온도에서 교반한 후, 충분한 세척하고, 건조 혹은 함수상태의 충진물질로 사용하였다. 모래에 적철석을 피복할때 최대 흡착량을 결정하기 위해서 표면전하에 큰 영향을 주는 이온강도(10-4~10'MNaCl)와 pH(3~10)를 결정하였다. 적철석 콜로이드의 입자크기는 전기 영동기 (Electrophoresis measurement, ELS-8000, Photal Otsuka Electronics)로 측정했고, 표면적은 n2-bet 표면 분석기로 측정했다.
반응벽체의 충긴물질로 사용할 적철석 피복 모래를 제조하였다. Sugimoto 등21)에 의해서 제안된 3가의 철을 포함하는 염화철(FeCh)을 수산화나트륨(NaOH)와 1:3의 비율로 물과 함께 혼합하여 8일 동안 KXTC에서 정치시킨후 72시간 동안 상온으로 서서히 냉각시켜 산화철인 적철석 콜로이드를 합성하였다.
1 mm 메쉬의 스틸플레이트를 삽입한 테플 론재질의 마개를 사용하였다. 본 실험에서 유리컬럼에 0.38의 공극률을 갖는 약 90 g의 피복모래를 충진되었고, 페리 스탈틱 펌프로 비소로 오염된 용액을 250 cm/day 유속의 하향식 흐름 (downward flow )으로 주입하였다.
본 연구에서는 비소의 흡착반응을 위한 충진 물질로써 적철석 콜로이드의 표면적을 유지하며 모래의 양호한 투수성(>10-4 cm/sf을 유지하기 위해 적철석 콜로이드를 모래에 흡착시켰다. 이것을 본 연구에서 적철석 피복 모래로 명명하였다.
비소의 등온흡착곡선을 얻기 위해서 50.0 ml centrifuge tube에서 LOg의 산회철 피복 모래를 비소 3가 혹은 비소 5가 50, 300, 700, 1000 μg/L의 용액과 24시간동안 200 rpm 및 25℃에서 반응시켰다. 비소흡착반응속도는 비소 3가 혹은 비소 5가 1.
0 ml centrifuge tube에서 흡착실험과 동일하게 반응시켰다. 상층액은 3, 5, 7, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 180, 240, 300, 1440분의 시간 간격으로 0.2 μm-syringe filter를 통과시켰다. 이때, 모든 시료는 10 mM NaCIS- 이온강도를 조절하였고, 중복시료로 실험하였으며, 1.
본 연구의 목적은 금속광산 일대의 비소로 오염된 토양 및 지하수의 복원을 위해서 반응벽체기술에 이용될 처리 효율과 경제성이 높은 반응벽체의 충진제를 개발하는 것이다. 이를 위해서 배치 및 컬럼실험을 통해서 높은 비소 흡착 제거효율을 지닌 철산화물 입자를 모래 표면에 흡착시키기 위한 최적 조건 도출과 비소 흡착제거 특성을 조 사하였다.
모래에 적철석을 피복할때 최대 흡착량을 결정하기 위해서 표면전하에 큰 영향을 주는 이온강도(10-4~10'MNaCl)와 pH(3~10)를 결정하였다. 적철석 콜로이드의 입자크기는 전기 영동기 (Electrophoresis measurement, ELS-8000, Photal Otsuka Electronics)로 측정했고, 표면적은 n2-bet 표면 분석기로 측정했다. 광물학적인 연구를 위해 합성광물은 XRD로 확인했으며, 적철석 피복의 표면 특성은 SEM으로 확인했다.
제조한 적철석 피복 모래의 비소 제거 효율을 측정하기 위해 비소 3가와 비소 5가 1.0 mg/LS] 용액을 각각 파복되지 않은 순수한 모래와 적철석 피복 모래를 25, 50, 75, 100 wt% 비율로 균질하게 혼합하여 시험하였다. 혼합된 모래들을 컬럼에 충진하고, 비소의 음용수 기준치 lOeg/L 를 초과하는 유출수의 부피를 측정하였다.
0 mg/LS] 용액을 각각 파복되지 않은 순수한 모래와 적철석 피복 모래를 25, 50, 75, 100 wt% 비율로 균질하게 혼합하여 시험하였다. 혼합된 모래들을 컬럼에 충진하고, 비소의 음용수 기준치 lOeg/L 를 초과하는 유출수의 부피를 측정하였다. 사용한 컬럼장치는 직경 2.
대상 데이터
혼합된 모래들을 컬럼에 충진하고, 비소의 음용수 기준치 lOeg/L 를 초과하는 유출수의 부피를 측정하였다. 사용한 컬럼장치는 직경 2.5 cm와 높이 10 cm를 갖는유리컬럼이며, 컬럼의 앙쪽 끝은 0.1 mm 메쉬의 스틸플레이트를 삽입한 테플 론재질의 마개를 사용하였다. 본 실험에서 유리컬럼에 0.
2 μm-syringe filter를 통과시켰다. 이때, 모든 시료는 10 mM NaCIS- 이온강도를 조절하였고, 중복시료로 실험하였으며, 1.0mg/L의 비소 5가와 비소 3가는 각각 sodium arsenate(Aldrich Chemical Co.)와 sodium arsenite(Aldrich Chemical Co.)로 제조하였다.
Sugimoto 등21)에 의해서 제안된 3가의 철을 포함하는 염화철(FeCh)을 수산화나트륨(NaOH)와 1:3의 비율로 물과 함께 혼합하여 8일 동안 KXTC에서 정치시킨후 72시간 동안 상온으로 서서히 냉각시켜 산화철인 적철석 콜로이드를 합성하였다. 합성한 산화철(적철석 콜로이드용액 약 1 g hematite/L}을 모래와 증류수를 함께 1:5:10(적철석 콜로이드 용액모래물)의 부피로 혼합하고 이온 강도와 pH를 조절한 후 하루 동안 70℃의 온도에서 교반한 후, 충분한 세척하고, 건조 혹은 함수상태의 충진물질로 사용하였다. 모래에 적철석을 피복할때 최대 흡착량을 결정하기 위해서 표면전하에 큰 영향을 주는 이온강도(10-4~10'MNaCl)와 pH(3~10)를 결정하였다.
이론/모형
본 실험에서 낮은 농도의 비소는 hydride generato를 연결한 원자흡굉분석기 (HG-AAS, Perkin-Elmer ZL 5100)를 이용하여 미국 표준 폐수 및 자연수 분석 방법에 따라 분석하였다22). 원자흡광분석기의 최소검출한계는 1.
성능/효과
최적 흡착 조건은 pH 7과 이온강도 10 mM이었으며, 최대 흡착량은 약 1 mg hematite/g sand였다. SEM 영상으로부터 얻은 이들의 흡착 형태는 적철적이 모래의 주성분 광물인 석영과 장석에 피복되는 것임을 확인할 수 있다(Fig. 3).
즉, 오염물의 흡착반응은 흡착물질 표면근처까지의 이동 후 흡착표면으로 확산하여 화학적 흡착이 일어나는 물리화학적인 과정이 필요하다. 본 실험에서 동일한 유속하에 형성된 동일한 흡착반응 접촉 시간은 용해상태의 비소가 피복모래로 흡착을 위해 접근할 수 있는 확률이 증가함을 의미한다. 이때, 독립적으로 측정된 화학적인 흡착속도(Fig.
91 이며, 반응속도(k)값을 비교하였다. 본 실험에서 염소이온은 비특성흡착(nonspecific adsorption)성격을 가지기 때문에 비소와의 흡착경쟁은 최소화되었다. 비특성 흡착 특성을 갖는 염소이온이 공존할때의 반응속도를 비교하면, 비소까의 흡착제거속도(k=35 min-'Fl- 비 소 5가의 흡착제거속도(k=40 min-1)보다 작았다.
0로 높아졌다. 본 실험의 중성 pH에서의 흡착반응은 비소 5가가 비소 3 가 보다 흡착량31 많았으며, 흡착양이 높을수록 pH의 증가를 보인다. 이것은 pH범위에서 비소 3가가 중성화학종 인 H3AsO3°(pK1 = 9.
적철석은 가장 안정한 광물 변태 (transformation)의 최종산물로써 페리하이 드라이트나 과사이트와 비슷한 비소 및 중금속 흡착특성을 보인다. 본 연구에서 합성한 철산화물 콜로이드는 XRD확 인결과 적철석이 주요한 성분이었고, 입자의 크기는 평균765 nm이며, 표면적은 17 m2/g, PZC(point of zero charge)는 9.2 였다. 나노 크기의 적철석은 큰 표면적과 높은 반응성 때문에 오염물을 흡착 제거하는데 유리하다W4>.
철산화물에 의한 비소 및 중금속의 강한 흡착특성과 모래의 투수성을 유지할 수 있는 적철석 피복 모래의 제조는 중성의 pH에서 이온강도 조절로 쉽게 제조 할 수 있었다. 이는 약한 음의 표면전하를 띠는 모래와 강한 양의 표면 전하를 갖는 적철석 콜로이드 사이의 정전기적 인력에 의해서 안정한 흡착물질을 형성했다.
후속연구
이러한 비소화학종의 흡착력과 흡착평형속도를 고려할 때 투수성 반응 벽체 설계는 지중 충진 물질의 양을 비소의 흡착 평형과 함께 고려되어야 한다. 그러므로, 본 연구에서 제조된 적철석 피복 모래는 투수성 반응 벽체에 활용하기에 적합하며, 비소흡착 제거하여 안정한 화합물을 형성하는 적철석의 활용 될 수 있을 것이다.
참고문헌 (28)
Ko, I, Ahn, J.S, Park, Y.S. and Kim, K.W., 'Arsenic con-tamination of soils and sediments from tailings in the vicinity of Myungbong Au mine, Korea', Chemical speciation and bioavailability 15(3), pp. 67-74 (2003)
Ko, I, Ahn, J.S. and Kim, K.-W. 'Arsenic contamination of soils and stream sediments from the tailings in the vincinity of Myungbong Au mine in Korea' 10th Water-Rock Interaction Proceedings, Cagliary, Italy, 2, pp. 1241-1244 (2001)
이진수, Klinck, B.A., Moore, Y., 전효택. ' 다덕광산 주변지역에서의 독성원소들의 환경오염 및 인체흡수도', 자원환경지질 33, pp. 273-282 (2000)
Smedley, P.L. and Kinniburgh, D.G., 'A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters' Appl. Geochem. 17, pp. 517-568 (2002)
WHO, Guidelines for drinking water quality, volume 1: Recommendations, 2nd., WHO, Geneva, (1993)
EC, Directive related with drinking water quality intended for human consumption, Brussels, Belgium. 98/83 (1998)
USEPA, Arsenic in drinking water: health effects research, In: www.epa.gov/OGWDW/ars/ars10.html (1999)
환경부, 지하수의수질보전등에관한규칙 개정령(2003)
Dutre, V. Kestens, C. Schaep, J. and Vandecasteele, C. 'Study of the remediation of a site contaminated with arsenic' Sci. total environ, 220, pp. 185 (1998)
USEPA, Arsenic Treatment Technologies for Soil, Waste, and Water, EPA-542-R-02-004 (2002)
USEPA, Innovative Technology Evaluation Report. Enviro-Metal Technologies, Inc.: Metal-Enhanced Dechlorination of Volatile Organic Compounds Using an In-Situ Reactive Iron Wall, EPA-540-R-98-501, 105 pp. (1998)
DOE, Permeable Reactive Treatment (PeRT) Wall for Rads and Metals, DOE-EM-0557 (2000)
Matthew, J.D., Arup, K.S., John, E.G., 'Arsenic removal using a polymeric/inorganic hybrid sorbent' Water Research 37, pp. 164-176 (2003)
Sugimoto, T., Sakata, K, and Muramatsu, A, 'Formation mechanism of monodisperse pseudocubic-hematite parti-cles from condensed ferric hydroxide Gel", J. Colloid & Interface Sci., 159, pp. 372-382 (1992)
Clesceri, S., Eaton, AD. and Greenberg, A.E. 'Standard methods for examination of water and wastewater' Washington D.C. (2001)
Cantrell, K.J. and Kaplan, D.I., 'Zero-valent iron for the in-situ remediation of selected metals in groundwater', J. of Environ. Engineering. 123, pp. 499-505 (1997)
Jain, A., Raven, K.P., and Loeppert, R.H., 'Arsenite and arsenate adsorption on ferryhydrite: surface charge reduction and net OH-release stoichiometry' Environ. Sci. Technol., 33, pp. 1179-1184 (1999)
Hering, J.G., Chen, P.-Y., Wilkie, JA, Elimelech, M., and Liang, S., 'Arsenic Removal by Ferric Chloride', Journal American Water Works Association, 88, pp. 155-167 (1996)
Darland, Jeffrey E. and Inskeep, William P., Effects of pore water velocity on the transport of arsenate, Environ. Sci. Technol. 31, pp. 704-709 (1997)
Mesuere, K., and Fish, W., 'Chromate and oxalate adsorp-tion on goethite. 2. Surface complexation modeling of com-petitive adsorption', Environ. Sci. Technol. 26, pp. 2365-2370 (1992)
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