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문제 정의
- 이번 연구는 중금속으로 오염된 달천광산 지역에 대한 지질환경과 토양 및 자연수에 대한 오염근원물질인 광석과 광미의 광물학적 및 지구화학적 특성을 파악하였다. 또한, 연구지역의 자연수에 함유되어 있는 비소의 함량을 이용, 지구화학 모델링을 실시하여 pH 변화에 따른 비소 화합물의 농도 변화를 정량적으로 해석하였다.
제안 방법
- 이번 연구는 중금속으로 오염된 달천광산 지역에 대한 지질환경과 토양 및 자연수에 대한 오염근원물질인 광석과 광미의 광물학적 및 지구화학적 특성을 파악하였다. 또한, 연구지역의 자연수에 함유되어 있는 비소의 함량을 이용, 지구화학 모델링을 실시하여 pH 변화에 따른 비소 화합물의 농도 변화를 정량적으로 해석하였다. 연구지역 내 자연수의 pH와 산화환원 전위 값의 변화에 따른 비소의 자연저감 능력을 평가하였으며, 비소의 고형 안정화 효율을 향상시키기 위한 촉진제로서RMB(Red Mud Bauxite)의 효율을 평가하였다.
- 또한, 연구지역의 자연수에 함유되어 있는 비소의 함량을 이용, 지구화학 모델링을 실시하여 pH 변화에 따른 비소 화합물의 농도 변화를 정량적으로 해석하였다. 연구지역 내 자연수의 pH와 산화환원 전위 값의 변화에 따른 비소의 자연저감 능력을 평가하였으며, 비소의 고형 안정화 효율을 향상시키기 위한 촉진제로서RMB(Red Mud Bauxite)의 효율을 평가하였다.
- 비소의 고형 안정화 효율을 향상시키기 위한 촉진제로서 RMB(Red Mud Bauxite)의 효율을 평가하기 위하여, 현장토와 RMB의 혼합토를 이용하여 컬럼실험(직경 10cm, 높이 50cm)을 실시하였다. 최하부에 5cm 높이의 비오염 사질토를 채우고 직상부에 부직포를 깔았으며, 상부에 5%의 RMB가 혼합된 현장토를 채우고, 다시 비오염 사질토를 최상부에 5cm를 더 채우고 실험하였다.
- 광미시료의 광물 및 화학조성을 파악하기 위하여 광 미장 내의 세 개 지점을 선정하여 광미를 채취하였으며, 광석시료는 노두와 폐석더미에서 채취하였다. 광미 시료는 실내에서 자연건조시킨 후, 2 mm 이하 입도에 대해 분말화하여 부경대학교 공동실험실습관에서 法선회절분석 (XPert-MPD System, Philips)과 X선 형광 분석 (XRF-1700, Shimadzu)을 실시하였다. 또한, 광미의 구성광물과 조직 특성을 파악하기 위해 입체현미경과 편광/광석현미경으로 관찰하였으며, SEM/EDS (S- 240, Hitachi)를 이용하여 광미의 조직 특성과 화학조성을 분석하였다.
- 광미 시료는 실내에서 자연건조시킨 후, 2 mm 이하 입도에 대해 분말화하여 부경대학교 공동실험실습관에서 法선회절분석 (XPert-MPD System, Philips)과 X선 형광 분석 (XRF-1700, Shimadzu)을 실시하였다. 또한, 광미의 구성광물과 조직 특성을 파악하기 위해 입체현미경과 편광/광석현미경으로 관찰하였으며, SEM/EDS (S- 240, Hitachi)를 이용하여 광미의 조직 특성과 화학조성을 분석하였다. 광석시료는 연마박편을 제작한 후 편 광/광석현미경 관찰과 함께 함비소 광물에 대한EPMA(EPMA-1600, Shimadzu) 분석을 실시하였으며, 분석에 사용된 가속전압과 전류는 각각 15kV와 10 mA 이다.
- 또한, 광미의 구성광물과 조직 특성을 파악하기 위해 입체현미경과 편광/광석현미경으로 관찰하였으며, SEM/EDS (S- 240, Hitachi)를 이용하여 광미의 조직 특성과 화학조성을 분석하였다. 광석시료는 연마박편을 제작한 후 편 광/광석현미경 관찰과 함께 함비소 광물에 대한EPMA(EPMA-1600, Shimadzu) 분석을 실시하였으며, 분석에 사용된 가속전압과 전류는 각각 15kV와 10 mA 이다.
- 지하수 시료는 관측정과 고심도 시료 채취공에서 채취하였으며, 시료의 채취는 스테인레스 재질의 베일러를 사용하여 채취하거나, 심도별 지하수 채취를 위하여 소형 수중모터를 이용하였다. 수온, pH, Eh, EC 등은 휴대용 측정기를 이용하여 채수 즉시 현장에서 측정하였다. 분석용 시료는 0.
- 수온, pH, Eh, EC 등은 휴대용 측정기를 이용하여 채수 즉시 현장에서 측정하였다. 분석용 시료는 0.45 呻 막여과지를 이용하여 여과하였으며, 양이온 분석용 시료는 농질산을 첨가하였다. 모든 시료는 분석전까지 4℃ 이하로 냉장 .
- RMB와 혼합한 현장토는 달천광산 지역 광미장에서 채취한 세립토를 이용하였다. 컬럼실험에 사용한 초기용액은 달천광산 현장 관측정에서 채취한 비소가 다량 함유된 pH가 8.21 인 지하수를 직접 주입하여 실험하였으며, 3시간, 9시간, 21시간, 45시간 및 114시간 간격으로 채취하여 중금속 분석을 실시하였다.
대상 데이터
- 연구지역은 양산단층, 온산단층 및 동래단층의 연변부에 위치하며, 단층작용의 영향과 후기의 관입 화성 활동에 의해 구조특성이 발달된다. 광상은 울산단층선 상에 분포하는 석회암을 모암으로 형성되어 있으며, 화강암 분포 역시 단층발달에 규제되어 관입된 양상을갖는다(Choi and Imai, 1983).
- 광미시료의 광물 및 화학조성을 파악하기 위하여 광 미장 내의 세 개 지점을 선정하여 광미를 채취하였으며, 광석시료는 노두와 폐석더미에서 채취하였다. 광미 시료는 실내에서 자연건조시킨 후, 2 mm 이하 입도에 대해 분말화하여 부경대학교 공동실험실습관에서 法선회절분석 (XPert-MPD System, Philips)과 X선 형광 분석 (XRF-1700, Shimadzu)을 실시하였다.
- 지하수 시료는 관측정과 고심도 시료 채취공에서 채취하였으며, 시료의 채취는 스테인레스 재질의 베일러를 사용하여 채취하거나, 심도별 지하수 채취를 위하여 소형 수중모터를 이용하였다. 수온, pH, Eh, EC 등은 휴대용 측정기를 이용하여 채수 즉시 현장에서 측정하였다.
- 다양한 조건 (온도, pH, 성분의 총함량 등)에서 기체 및 광물의 포화지수를 계산할 수 있는 프로그램 SOEVEQ는 수용액 상만이 존재하는 다성분계의 평형 계산을 위하여 사용 되었다. 또한, 수용액 내에 존재하는 다양한 형태의 성분종(species)과 복합체 (complex)의 농도(molality)와 활동도(activity)를 계산하였으며, 계산에 필요한 각 수 용액상의 성분종과 기체 및 광물들의 평형상수는 SOLTHERM 데이터 파일을 이용하였다.
- 최하부에 5cm 높이의 비오염 사질토를 채우고 직상부에 부직포를 깔았으며, 상부에 5%의 RMB가 혼합된 현장토를 채우고, 다시 비오염 사질토를 최상부에 5cm를 더 채우고 실험하였다. RMB와 혼합한 현장토는 달천광산 지역 광미장에서 채취한 세립토를 이용하였다. 컬럼실험에 사용한 초기용액은 달천광산 현장 관측정에서 채취한 비소가 다량 함유된 pH가 8.
이론/모형
- 비소의 존재 형태와 pH 변화에 따른 비소 화합물의 농도 변화를 파악하기 위하여 열역학 모델링 프로그램인 SOLVEQ (Reed, 1982)를 이용하였다. 다양한 조건 (온도, pH, 성분의 총함량 등)에서 기체 및 광물의 포화지수를 계산할 수 있는 프로그램 SOEVEQ는 수용액 상만이 존재하는 다성분계의 평형 계산을 위하여 사용 되었다.
- 비소의 존재 형태와 pH 변화에 따른 비소 화합물의 농도 변화를 파악하기 위하여 열역학 모델링 프로그램인 SOLVEQ (Reed, 1982)를 이용하였다. 다양한 조건 (온도, pH, 성분의 총함량 등)에서 기체 및 광물의 포화지수를 계산할 수 있는 프로그램 SOEVEQ는 수용액 상만이 존재하는 다성분계의 평형 계산을 위하여 사용 되었다. 또한, 수용액 내에 존재하는 다양한 형태의 성분종(species)과 복합체 (complex)의 농도(molality)와 활동도(activity)를 계산하였으며, 계산에 필요한 각 수 용액상의 성분종과 기체 및 광물들의 평형상수는 SOLTHERM 데이터 파일을 이용하였다.
성능/효과
- , 1991). 달천광산 지역의 지하수는 초기 강우(pH=5.0, Eh=500mV)에 서, 비포화대 지하수에서는 pH«7.4, Eh=200mV로 진화하며, 포화대에서는 pH", Eh=-300mV에서 안정화되는 것으로 나타났다. pH-Eh 도표에서 비포화대 지하수의 비소는 철산화광물과 함께 비산염이온인 HAsO42- 형태로 존재하며, 포화대지하수는 철산화광물 과 함께 고상인 H3ASQJ로 존재한다.
- 비소의 고형 안정화 효율을 향상시키기 위한 촉진제로서 RMB의 효율을 평가하기 위한 컬럼실험에서 비소 안정화는 95%이상의 높은 효율을 나타내었다(Fig.8). 산성과 알칼리 조건 모두에서 제거율이 높은 철산 화물로 구성된 RMB는 환경친화적이고 높은 정화효율 성을 지니며, 환경변화로 인해 발생하는 2차적인 문제점을 극복할 수 있는 물질로서 중금속 정화처리제 중 효율성이 높다.
후속연구
- 현재 울산 달천광산은 도시개발계획에 따라 아파트 부지로 지정되어 오염된 토양 및 지하수 복원사업이 진행 중에 있다. 이번 연구결과는 비소로 오염된 아파트 부지의 복원을 위한 복원공법 설계시 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
- , 2002). 특히, RMB는 비소제거 효율이 탁월하여 달천광산 지역의 비소로 오염된 지하수 및 토양 복원 시 자연저감 촉진제로 이용할 수 있을 것으로 판단되며, 보다 체계적인 실내실험과 현장실험을 거친 후 활용을 검토할 필요가 있다.
- 바. RMB는 비소제거 효율이 우수하여 달천광산 지역의 비소로 오염된 지하수 및 토양 복원 시 이온교환, 산화촉매반응 및 흡착 등의 비소 고정화에 의한 자연저감 촉진제로 이용될 수 있을 것이다.
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