산성암반배수가 발생되는 지역을 중심으로 사면구조물의 피해현황과 환경오염 실태를 파악한 결과를 하면 다음과 같다. 첫째, 산성암반배수가 발생하는 절취사면은 대부분 숏크리트공법으로 처리하고 있으며, 산성암반배수가 사면구조물의 안정성에 악영향을 미치고 있다. 둘째, 숏크리트는 산성암반배수에 의해서 현저하게 열화되어 가고 있으며, 용수발생량이 많은 곳은 배면공동이 발견되는 경우도 있다. 셋째, 절취사면에서 산성암반배수가 발생되는 곳은 국부적으로 불안정하고, 이를 보강하기 위하여 앵커와 록볼트를 사용하고 있으나 강산성암반배수에 의해 부식될 우려가 크다. 넷째, 식생공의 경우 산성암반배수가 잔디 씨앗의 발아 및 성장에 악영향을 미치고 있어 일부 지역에서는 생석회를 사용하여 산성암반배수를 중화시키고 있으나 근본적인 대책은 되지 못하고 있다. 다섯째, 황철석의 풍화로 발생한 산에 의해 배수가 낮은 pH를 유지하면서 중금속들을 용출시켜 지속적으로 배출하여 부근 토양, 지하수와 하천수를 오염시킬 개연성이 매우 크다. 산성암반배수의 발생 가능성을 암석유형별로 평가한 결과 편마암, 화강암의 경우 산성배수 발생 가능성이 낮은 군으루 열수변질을 받근 화산암, 응회암, 탄질셰일, 금속광산 폐석시료는 산성배수 발생 가능성이 높은 군으로 분류되었다. 따라서 토목건설공사과정에서 빈번히 발생될 것으로 예상되는 사면절취에 의한 암반산성배수에 대비하여 발생개연성이 있는 지역에 대한 지반정보의 확보 및 대책기술의 개발이 요구되고있다.
산성암반배수가 발생되는 지역을 중심으로 사면구조물의 피해현황과 환경오염 실태를 파악한 결과를 하면 다음과 같다. 첫째, 산성암반배수가 발생하는 절취사면은 대부분 숏크리트공법으로 처리하고 있으며, 산성암반배수가 사면구조물의 안정성에 악영향을 미치고 있다. 둘째, 숏크리트는 산성암반배수에 의해서 현저하게 열화되어 가고 있으며, 용수발생량이 많은 곳은 배면공동이 발견되는 경우도 있다. 셋째, 절취사면에서 산성암반배수가 발생되는 곳은 국부적으로 불안정하고, 이를 보강하기 위하여 앵커와 록볼트를 사용하고 있으나 강산성암반배수에 의해 부식될 우려가 크다. 넷째, 식생공의 경우 산성암반배수가 잔디 씨앗의 발아 및 성장에 악영향을 미치고 있어 일부 지역에서는 생석회를 사용하여 산성암반배수를 중화시키고 있으나 근본적인 대책은 되지 못하고 있다. 다섯째, 황철석의 풍화로 발생한 산에 의해 배수가 낮은 pH를 유지하면서 중금속들을 용출시켜 지속적으로 배출하여 부근 토양, 지하수와 하천수를 오염시킬 개연성이 매우 크다. 산성암반배수의 발생 가능성을 암석유형별로 평가한 결과 편마암, 화강암의 경우 산성배수 발생 가능성이 낮은 군으루 열수변질을 받근 화산암, 응회암, 탄질셰일, 금속광산 폐석시료는 산성배수 발생 가능성이 높은 군으로 분류되었다. 따라서 토목건설공사과정에서 빈번히 발생될 것으로 예상되는 사면절취에 의한 암반산성배수에 대비하여 발생개연성이 있는 지역에 대한 지반정보의 확보 및 대책기술의 개발이 요구되고있다.
The aim of this study was to investigate damage conditions of cut slope structures due to acid rock drainage (ARB) and to assess the acid production potential of various rocks. Acid rock drainage is produced by the oxidation of sulfide minerals contained in coal mine zone and mineralization belt of ...
The aim of this study was to investigate damage conditions of cut slope structures due to acid rock drainage (ARB) and to assess the acid production potential of various rocks. Acid rock drainage is produced by the oxidation of sulfide minerals contained in coal mine zone and mineralization belt of Pyeongan supergroup and Ogcheon group, pyrite-bearing andesite, and Tertiary acid sulfate soils in Korea. Most of cut slopes producing ARB have been treated with shotcrete to reduce ARD. According to the field observations, ARD had an adverse effect on slope structures. The corrosion of shotcrete, anchors and rock bolts and the bad germination and growth diseases of covering plants due to ARD were observed in the field. The concentration of heavy metals and pH of ARD from cut slope exceeded the environmental standard, indicating a high potential of environmental pollution of surrounding soil, surface water and ground water by the ARD. According to acid base accounting (ABA) of the studied samples, hydrothermally altered volcanic rocks, tuffs, coaly shales, tailings of metallic mine had a relatively high potential of acid production but gneiss and granite had no or less acid production potential. It is expected that the number of cut slopes will increase hereafter considering the present construction trend. In order to reduce the adverse effect of ARD in construction sites, we need to secure the data base for potential ARD producing area and to develop the ARD reduction technologies suitable.
The aim of this study was to investigate damage conditions of cut slope structures due to acid rock drainage (ARB) and to assess the acid production potential of various rocks. Acid rock drainage is produced by the oxidation of sulfide minerals contained in coal mine zone and mineralization belt of Pyeongan supergroup and Ogcheon group, pyrite-bearing andesite, and Tertiary acid sulfate soils in Korea. Most of cut slopes producing ARB have been treated with shotcrete to reduce ARD. According to the field observations, ARD had an adverse effect on slope structures. The corrosion of shotcrete, anchors and rock bolts and the bad germination and growth diseases of covering plants due to ARD were observed in the field. The concentration of heavy metals and pH of ARD from cut slope exceeded the environmental standard, indicating a high potential of environmental pollution of surrounding soil, surface water and ground water by the ARD. According to acid base accounting (ABA) of the studied samples, hydrothermally altered volcanic rocks, tuffs, coaly shales, tailings of metallic mine had a relatively high potential of acid production but gneiss and granite had no or less acid production potential. It is expected that the number of cut slopes will increase hereafter considering the present construction trend. In order to reduce the adverse effect of ARD in construction sites, we need to secure the data base for potential ARD producing area and to develop the ARD reduction technologies suitable.
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문제 정의
(4) 본 연구는 산성배수 발생저감을 위한 기술개발의 첫 단계로서 산성배수의 암석별 발생 특성을 파악하고 평가하는데 주 목적이 있었다. 향후 연구는 황철석을 함유한 암석의 표면을 처리하여 산성배수발생의 원인인 황철석의 산화를 근본적으로 저감하는 기법을 개발하는데 주력할 예정이다.
따라서 본 연구에서는 도로건설현장의 절취 사면에서 발생하고 있는 ARD] 실태와 이로 인한 사면구조물의 피해 현황을 파악하고, 암석 유형에 따라 장차 ARD가 발생할 가능성이 높거나 낮은 지역을 평가하였다. 이를 바탕으로 절취사면에서 발생하는 ARD를 저감시킬 수 있는 대책공법 개발의 연구방향을 설정하고자 하였다.
본 연구는 건설교통부에서 지원하는 2004년 건설핵심기술연구개발사업(04핵심기술, A 02-07; 도로건설 절취사면의 산성배수 발생저감을 위한 피막형성기술 개발)에 의하여 실시된 연구의 일부임을 밝히며, 동기관에 감사의 뜻을 표하는 바이다.
이를 바탕으로 절취사면에서 발생하는 ARD를 저감시킬 수 있는 대책공법 개발의 연구방향을 설정하고자 하였다.
가설 설정
황철석의 산화는 용존 산소와 표면의 직접 접촉에 의하여 이루어진다. 황철석 표면에서 슨!:화반응은 Fe-site가 S-site 보다 먼저 산화되어 철이 용출되고 다음으로 유황이 산화되어 용출된다. 산화과정에 있는 황철석 표면을 인산염으로 처리하면 표면에 철인산염 화합물이 침전되어 다음과 같은 두 가지 형태의 피막을 형성하게 된다
① ARD가 발생하는 절취사면은 대부분 숏크리트와 식생공으로 사면보호공을 처리하고 있으며, ARD가 사면구조물의 안정성에 악영향을 미치고 있다.
제안 방법
시료는 현장에서 온pH, EC를 측정하고 PE(polyethylene) 용기에 저장하였으며, 양이온 분석용 시료는 별도로 농질산을 수 방울 첨가하여 pH를 낮춘 후 분석 전까지 보관하였다. 물시료의 음이온은 DX-100(DIONEX Co.)모델 Ion Chromatography 로, 중금속을 포함한 양이온은 ICP-AES (JY70PLUS, Jobin Yvon Co.)를 이용하여 분석하였다. 표 1은 배수 시료의 분석 결과로 지하수의 생활용수 이용시 수질기준인 pH 5.
6의 넓은 범위를 나타낸다. 본 연구에서는 사면절취 후 ARID] 발생 양상에 따라 사후관리가 요구되는 경우로 분류하였다. YJ시료는 야외 관찰시 구조선을 따라 열수변질작용에 의해 불규칙적인 석영맥이 발달하고 있으며, 일부지 역에서는 고품위의 황철석을 수반하고 있다.
1-142). 본 연구에서는 암석이 I군에 해당할 경우 현장에서 사면절취 당시에 대책이 요구되는 군으로 분류하였다. KR시료의 경우는 예외인데, 본 연구의 대상 시료 중 가장 높은 NP(86.
채취하여 화학분석을 실시하였다. 시료는 현장에서 온pH, EC를 측정하고 PE(polyethylene) 용기에 저장하였으며, 양이온 분석용 시료는 별도로 농질산을 수 방울 첨가하여 pH를 낮춘 후 분석 전까지 보관하였다. 물시료의 음이온은 DX-100(DIONEX Co.
대상 데이터
따라서 같은 양의 황철석을 포함하고 있다고 하더라도 미세한 입자가 산점상으로 분포하는 시료에 비해, 공기에 노출되어 산화반응이 일어나는 표면적이 상대적으로 적기 때문에 반응이 더 빨리 종료될 수 있다. YS 시료는 AP가 183.4로 I군 시료 중 낮은 편에 속하나 NAG가 142.1 로 본 연구의 대상 시료 중 가장 높은 값을 보인다 YS는 열수변질을 받은 화산암인 안산암 시료로서 육안으로는 쉽게 확인하기 어려울 정도의 미세한 황철석 입자가 산출된다. 따라서 ARID] 생성과 배출이 지속적으로 이루어질 가능성이 매우 높다.
산성암반배수가 배출되고 있는 6개 지점에서 배수 시료를 채취하여 화학분석을 실시하였다. 시료는 현장에서 온pH, EC를 측정하고 PE(polyethylene) 용기에 저장하였으며, 양이온 분석용 시료는 별도로 농질산을 수 방울 첨가하여 pH를 낮춘 후 분석 전까지 보관하였다.
이론/모형
전국에 걸쳐 절취사면에서 산성배수의 발생현황을 조사하고 산성배수의 발생정도에 따라 유형별로 21개의 암석시료를 채취하여 ARD 발생 가능성을 산발생능평가(acid base accounting, ABA)방법에 의해 평가였다(이규호 등 2005). 산발생능평가는 1) 산발생능(acid production potential, AP), 2) 산중화능(neutralization potential, NP)을 구한 후, 두 값의 차이인 3) 순산발생능(net acid production potential, NAP)을 구하거나(NAP = AP - NP), 4) 두 값의 비。P/AP ratio)를 계산함으로서 이루어진다(Sobek et al.
성능/효과
(2) NP/MPA 비에 따라서 산성배수 발생 가능성을 평가한 결과 18개의 시료가 산성배수 발생 가능성이 높은 군에, 4개의 시료는 산성배수 발생 가능성이 낮은 군에 해당하였으며, 암석의 종류와 산발생능력평가 결과는 상관관계는 뚜렷하지 않았다. 본 연구에서 대상으로 한 시료만으로 볼 때, 편마암, 화강암의 경우 산성배수 발생 가능성이 낮은 군으로 열수변질을 받은 화산암, 응회암, 탄질셰일, 금속광산 폐석시료는 산성배수 발생 가능성이 높은 군으로 분류되었다.
(3) ARD가 발생되는 절취사면의 배수 시료의 분석 결과 일부 항목이 생활용수의 수질기준을 초과하였다. 이는 주로 황철석의 산화로 인하여 발생한 산에 의해 배수가 낮은 pH를 유지하면서 중금속들을 용출 시켜 지속적으로 배출하기 때문이며, 고농도의 중금속을 함유한 산성배수가 계속 생산, 유입될 경우 주변지역의 토양, 지하수와 하천수의 오염이 우려된다.
총 23개 시료중 18개의 시료가 NP/AP<1에 해당하여 산성배수 발생 가능성이 높은 위험군에 해당한다. 4개의 시료는 NP/AP>2에 해당하는데 NAG test 결과 모두 0의 값을 보여서 산성배수 발생 가능성이 거의 없는 것으로 확인되었다.
군이다. BS시료는 AP<NP로서 이론상으로는 ARD 발생가능성이 없으나 AP가 Ⅲ군 시료 중 상대적으로 높은 값(28.1)을 보이며 실험 결과 NAG가 4의 값을 나타내었다. BS는 상부 함탄층 분포지역에서 산출되었으며, 박층의 셰일층과 실트암이 교호하여 서로 호층을 이루며 분포하고 있는 것이 특징이다.
본 연구에서는 암석이 I군에 해당할 경우 현장에서 사면절취 당시에 대책이 요구되는 군으로 분류하였다. KR시료의 경우는 예외인데, 본 연구의 대상 시료 중 가장 높은 NP(86.25)을 갖고 있어 실제 NAG는 3.35의 매우 낮은 값을 보여주었다 이는 AP 또는 NAP 값이 높은 경우라 하더라도 일정한 값 이상의 NP를 보유하는 경우에는 ARD의 발생이 억제되는 가능성을 암시 한다. 다만 정량적인 기준을 정하기 위해서는 더 많은 시료를 통한 검증이 요구된다.
어렵다. 그러나 본 연구에서 조사한 시료만으로 볼 때, 전반적으로 편마암, 화강암의 경우 산성배수 발생가능성이 낮은 군으로 열수변질을 받은 화산암, 응회암, 탄질셰일, 금속광산 광미시료는 산성배수 발생 가능성이 높은 군으로 분류되었다.
결과는 상관관계는 뚜렷하지 않았다. 본 연구에서 대상으로 한 시료만으로 볼 때, 편마암, 화강암의 경우 산성배수 발생 가능성이 낮은 군으로 열수변질을 받은 화산암, 응회암, 탄질셰일, 금속광산 폐석시료는 산성배수 발생 가능성이 높은 군으로 분류되었다. 그러나 시료의 개수가 제한적이기 때문에, 산발생의 위험도를 보다 신빙성 있게 평가하기 위해서는 사면의 정밀한 지질조사를 통해 대표성을 갖는 시료를 채취하여야 한다.
등 2005). 평가 결과 APe 0.03~351.77(kg CaCQ/t)으로 나타났으며 NPe -14.85 ~ 86.25(kg CaCO3/t)이었다(이하 단위 생략). NAP가 0 이상의 값을 갖는 시료들은 최대산발생능이 산중화능을 초과하여 ARD] 발생 개연성을 갖고 있다.
)를 이용하여 분석하였다. 표 1은 배수 시료의 분석 결과로 지하수의 생활용수 이용시 수질기준인 pH 5.8-8.6 범위를 모두 벗어났다 pH가 3.5 이하로 가장 낮은 값을 보이는 SR, CHG, YS 시료의 경우 SO:-농도가 947-2753mg/ i , Fe는 5710-48500ug/로 가장 높은 값을 보이는데, 이는 주로 황철석의 산화가 산성배수 발생의 주원인임을 보여준다. 세 시료의 Zn의 농도도 가장 높은 값인 1150-3450ug/。로 Fe와 밀접한 상관관계를 보이는데 이는 황철석 내부에 포함되어 있거나 흔히 공존하는 황화광물인 섬아연석 (ZnS) 이 풍화될 때 용출된 것으로 생각된다.
후속연구
따라서 향후 연구는 황철석을 함유한 암석의 표면을 처리하여 표면에 얇은 피막을 형성시켜 산소의 표면접촉을 차단 혹은 저감하여 ARD의 원인이 되는 황철석의 산화를 저감하는 기법의 개발에 주력하고자 한다. 피막형성기법은 전통적인 금속 표면처리기법인 인산 표면코팅기법을 도입.
평가하는데 주 목적이 있었다. 향후 연구는 황철석을 함유한 암석의 표면을 처리하여 산성배수발생의 원인인 황철석의 산화를 근본적으로 저감하는 기법을 개발하는데 주력할 예정이다.
참고문헌 (16)
김정진, 김수진 (2002), '태백 동해광산일대의 물-광물 반응에 의한 산성광산배수의 지구화학적 특성 변화.' 자원환경지질, 제35 권, 제l호, pp.55-66
김진환, 이종현, 구호본, 박미선 (2003), '산성배수 영향에 의한 도로절토사면 안정성변화 및 환경오염에 대한 연구', 대한지질학회 추계학술발표회 초록집, p.144
Price, W. A., Morin, K., and Hurt, N. (1997) Guidelines for the Prediction of Acid Rock Drainage and Metal Leaching for Mines in British Columbia: Part II - Recommended Procedures for Static and Kinetic Testing. Proc. 4th International Conference on Acid Rock Drainage, Vancouver, BC pp.15-30
Sobek, A. A., Schuller, W. A., Feeman, J. R., and Smith, R.M. (1978), Field and laboratory methods applicable to overburden and minesoils, EPA report No. 600/2-78-054, pp.47-50
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