건설 현장 절취사면에서 발생되는 산성암반배수(Acid Rock Drainage, ARD)는 암석에 함유된 황화광물의 산화에 의해 발생하며, 주변 환경, 구조물의 안정성과 수명, 경관에 악영향을 주고 있다. 우리나라의 지형은 70% 이상이 산 지이므로 토목공사과정에서 사면절취와 터널공사가 빈번히 이루어지고 있는데, 산성배수를 발생시킬 개연성이 있는 황 철석을 함유한 암석들은 전국에 분포한다. 본 연구에서는 다양한 암반을 대상으로 암석유형별 산성배수 발생특성을 파악하고 잠재적인 산발생능력을 규격화된 방법으로 평가하고자 하였다. 산발생능력 평가 결과 NP/MPA 비에 따라서 14개의 시료가 산성배수 발생 가능성이 높은군에, 4개의 시료는 산성배수 발생 가능성이 낮은군에 해당하였으며, 암 석의 종류와 산발생능력 평가 결과는 상관관계는 명확하지 않았다. 본 연구에서 대상으로 한 시료만으로 볼 때, 편마 암, 화강암의 경우 산성배수 발생 가능성이 낮은 군으로, 열수변질을 받은 화산암, 응회암, 탄질셰일, 금속광산 폐석시 료는 산성배수 발생 가능성이 높은 군으로 분류되었다. 물시료 분석 결과 일부 항목이 지하수의 생활용수 이용시 수 질기준을 초과하였다. 이는 주로 황철석의 산화로 인하여 발생한 산에 의해 배수가 낮은 pH를 유지하면서 중금속들 을 용출시켜 지속적으로 배출하기 때문이며, 고농도의 중금속을 함유한 산성배수가 계속 생산, 유입될 경우 연구대상 지역 부근 지하수와 하천수의 수질오염이 우려 된다.
건설 현장 절취사면에서 발생되는 산성암반배수(Acid Rock Drainage, ARD)는 암석에 함유된 황화광물의 산화에 의해 발생하며, 주변 환경, 구조물의 안정성과 수명, 경관에 악영향을 주고 있다. 우리나라의 지형은 70% 이상이 산 지이므로 토목공사과정에서 사면절취와 터널공사가 빈번히 이루어지고 있는데, 산성배수를 발생시킬 개연성이 있는 황 철석을 함유한 암석들은 전국에 분포한다. 본 연구에서는 다양한 암반을 대상으로 암석유형별 산성배수 발생특성을 파악하고 잠재적인 산발생능력을 규격화된 방법으로 평가하고자 하였다. 산발생능력 평가 결과 NP/MPA 비에 따라서 14개의 시료가 산성배수 발생 가능성이 높은군에, 4개의 시료는 산성배수 발생 가능성이 낮은군에 해당하였으며, 암 석의 종류와 산발생능력 평가 결과는 상관관계는 명확하지 않았다. 본 연구에서 대상으로 한 시료만으로 볼 때, 편마 암, 화강암의 경우 산성배수 발생 가능성이 낮은 군으로, 열수변질을 받은 화산암, 응회암, 탄질셰일, 금속광산 폐석시 료는 산성배수 발생 가능성이 높은 군으로 분류되었다. 물시료 분석 결과 일부 항목이 지하수의 생활용수 이용시 수 질기준을 초과하였다. 이는 주로 황철석의 산화로 인하여 발생한 산에 의해 배수가 낮은 pH를 유지하면서 중금속들 을 용출시켜 지속적으로 배출하기 때문이며, 고농도의 중금속을 함유한 산성배수가 계속 생산, 유입될 경우 연구대상 지역 부근 지하수와 하천수의 수질오염이 우려 된다.
Acid Rock Drainage(ARD) is the product formed by the atmospheric(i.e. by water, oxygen and carbon dioxide) oxidation of the relatively common iron-sulphur mineral pyrite($FeS_2$). ARD causes the acidification and heavy metal contamination of water and soil and the reduction of slope stabi...
Acid Rock Drainage(ARD) is the product formed by the atmospheric(i.e. by water, oxygen and carbon dioxide) oxidation of the relatively common iron-sulphur mineral pyrite($FeS_2$). ARD causes the acidification and heavy metal contamination of water and soil and the reduction of slope stability. In this paper the generation characteristics and the prediction of ARD of various cut slopes were studied. An attempt to classify the rocks into several groups according to their acid generation potentials was made. Acid Base Accounting(ABA) tests, commonly used as a screening tool in ARD predictions, were performed. Fourteen rock samples were classified into PAF(potentially acid forming) group and four rock samples into NAF(non-acid forming) group. The chemical analysis of water samples strongly suggested that ARD with high content of heavy metals and low pH could pollute the ground water and/or stream water.
Acid Rock Drainage(ARD) is the product formed by the atmospheric(i.e. by water, oxygen and carbon dioxide) oxidation of the relatively common iron-sulphur mineral pyrite($FeS_2$). ARD causes the acidification and heavy metal contamination of water and soil and the reduction of slope stability. In this paper the generation characteristics and the prediction of ARD of various cut slopes were studied. An attempt to classify the rocks into several groups according to their acid generation potentials was made. Acid Base Accounting(ABA) tests, commonly used as a screening tool in ARD predictions, were performed. Fourteen rock samples were classified into PAF(potentially acid forming) group and four rock samples into NAF(non-acid forming) group. The chemical analysis of water samples strongly suggested that ARD with high content of heavy metals and low pH could pollute the ground water and/or stream water.
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문제 정의
본 연구는 한국지질자원연구원에서 수행 중인 “산성 배수 발생 억제 기술 개발 연구”의 첫 단계로서, 암석 유형별 산성배수 발생특성을 파악하고 잠재적인 산발 생능력을 규격화된 방법으로 평가하고자 하는데 목적이 있다. 따라서 다양한 암반을 대상으로 산성배수 발 생특성을 파악하고, 산성배수 발생 정도와 암석 유형과의 상관관계를 밝히고자 한다. 이를 토대로 암석을 산성 배수 발생능력에 따라 그룹화함으로서, 현재 진행 중이거나 향후 착수될 토목공사에서 대상암반에 따라 산성배수로 인한 피해를 예측할 수 있는 기본 자료를 제공하고자 한다.
본 연구는 산성배수 발생 저감을 위한 기술개발의 첫 단계로서 산성배수의 암석별 발생 특성을 파악하고 평가하는데 주목적이 있었다. 향후 연구는 황철석을 함유한 암석의 표면을 처리하여 산성배수 발생의 원인인 황철석의 산화를 근본적으로 저감하는 기법을 개발하는 데 주력할 예정이다.
본 연구는 한국지질자원연구원에서 수행 중인 “산성 배수 발생 억제 기술 개발 연구”의 첫 단계로서, 암석 유형별 산성배수 발생특성을 파악하고 잠재적인 산발 생능력을 규격화된 방법으로 평가하고자 하는데 목적이 있다. 따라서 다양한 암반을 대상으로 산성배수 발 생특성을 파악하고, 산성배수 발생 정도와 암석 유형과의 상관관계를 밝히고자 한다.
따라서 다양한 암반을 대상으로 산성배수 발 생특성을 파악하고, 산성배수 발생 정도와 암석 유형과의 상관관계를 밝히고자 한다. 이를 토대로 암석을 산성 배수 발생능력에 따라 그룹화함으로서, 현재 진행 중이거나 향후 착수될 토목공사에서 대상암반에 따라 산성배수로 인한 피해를 예측할 수 있는 기본 자료를 제공하고자 한다.
가설 설정
MPA는 암석 내의 황화광물이 모두 산화될 때 생성되는 황산의 최대량으로 통상 이를 중화시킬 수 있는 암석 It당 석회암 동량(equivalent kg CaCOy/t)으로 표현노1다. 본 연구에서는 암석 내황은 모두 황철석으로 존재한다고 가정하였으며 이는 X-선 회절 분석을 통하여 확인하였다. 다음의 식2에서 1몰의 FeS2(황64.
제안 방법
00)2至. 기 타 광물상들의 상대적인 반응노를 분류하였다(Table 3).즉, 석영, 루틸, 저어콘 등 상대적으로 풍화에 강한 광불들은 이를 포함하는 암석의 NP에 거의 영향을 주지 않으나, Ca와 Mg를 포함하고 있는 사장식(anorthite), 감람석(amphiboles) 등은 상대적으로 빠르게 풍회 뇌면서 산을 소모하므로 NP값 에 대한 기여노가 높아진다.
배수의 양이 충분한 지역에서는 물 시료를 함께 채취하였다. 물 시료는 현장에서 온도, pH, EO 측정하고 PE(polyethylene) 용기에 저장하였으며, 양이온 분석용 시료는 별도로 농질산을 수방울 첨가하여 pH를 낮춘 후 분석 전까지 보 관하였다.
광물 조성의 정량 분석에는 Matrix-flushing 방법을 사용하였다(Chung, 1974).물시료의 음이온은 DX-100 (DIONEX Co.)모델 Ion Chromatography로, 중금속을 포함한 양이온은 ICP-AES(JY70PLUS, Jobin Yvon Co.)를 이용하여 분석하였다. 총황은 LECO사의 Sulfur Determinator(SC-132 모델)로 분석하였다.
대상 데이터
분쇄된 시료는 노출된 황철석의 추가적인 산화를 방지하기 위해 실험 전까지 밀폐용기에 보관하였다. 배수의 양이 충분한 지역에서는 물 시료를 함께 채취하였다. 물 시료는 현장에서 온도, pH, EO 측정하고 PE(polyethylene) 용기에 저장하였으며, 양이온 분석용 시료는 별도로 농질산을 수방울 첨가하여 pH를 낮춘 후 분석 전까지 보 관하였다.
산성배수의 발생을 육안으로 확인할 수 있거나, 암반 내에 황철석이 포함되어 산성배수 발생 개연성이 높은 지역을 중심으로, 전국에 걸쳐 주로 건설현장 절취사면에서 21개의 암석 시료를 채취하였다. 지표상에서 황철석의 산화가 이미 진행되어 있는 암석 시료와 황철석이 노출되어 있지 않은 비교적 신선한 암반 시료를 함께 채취하였다.
산성배수의 발생을 육안으로 확인할 수 있거나, 암반 내에 황철석이 포함되어 산성배수 발생 개연성이 높은 지역을 중심으로, 전국에 걸쳐 주로 건설현장 절취사면에서 21개의 암석 시료를 채취하였다. 지표상에서 황철석의 산화가 이미 진행되어 있는 암석 시료와 황철석이 노출되어 있지 않은 비교적 신선한 암반 시료를 함께 채취하였다. 시료 채취 위치와 암석 유형은 Table 1에 기재하였다.
, 1997). 총 23개 시료 중 18개의 시료가 NP/MPAVL에 해당하여 산성 배수 발생 가능성이 높은 위험군에 해당한다. 4개의 시료는 NP/MPA>2에 해당하는 데 NAG test 결과 모두 0의 값을 보여서 산성배 수 발생 가능성이 거의 없는 것으로 확인되었다.
이론/모형
Table 2. Mineralogical compositions of the rock samples calculated quantitatively with matrix-flushing method(Chung, 1974).
X-선 회절 분석용 시료에는 내부 표준물질 로 5wt/%의 강옥(corundum, AI2O3)을 첨가한 후 마 노막자사발(agate mortar)0, ]넣어서 균질하게 갈았다. 광물 조성의 정량 분석에는 Matrix-flushing 방법을 사용하였다(Chung, 1974).물시료의 음이온은 DX-100 (DIONEX Co.
암석 시료의 광물 조성을 알아보기 위하여 X'pert MPD(Phillips Co.)모델을 이용하여 X-선 회절 분석을 실시하였다. X-선 회절 분석용 시료에는 내부 표준물질 로 5wt/%의 강옥(corundum, AI2O3)을 첨가한 후 마 노막자사발(agate mortar)0, ]넣어서 균질하게 갈았다.
)를 이용하여 분석하였다. 총황은 LECO사의 Sulfur Determinator(SC-132 모델)로 분석하였다.
성능/효과
%중 황철석이 아닌 형태의 황이탄내에 상대적으로 많이 포함되어 있음을 알 수 있다. *선 회절 및 총 황 함 량으로 구한 황철석의 함유량은 KB 시료를 제외할 경우 높은 상관관계(R2 =0.9772)를 보였다. 따라서 각 암석 시료의 산성 배수 발생 능력에 미치는 조성광물의 영향을 고려하기 위해서는, 정량적인 X-선 회절 분석이 매우 유용함을 알 수 있다.
선 회절로 분석되지 않는 비정질 물질의 함량이 다른 시료에 비해 상대적으로 높기 때문이다. 14개 시료에서 산성배수 발생의 원인물질인 황철석이동정되었으며, Matrix-flushing 방법을 이용한 정량분석 결과 함유량은 0.3-10.0 wt.%로 계산되었다(‘削le 2).
2) 12이면 산 성배수 발생 가능성 희박, 4)NP/MPA>4 이상이면 염 기성배수(alkaline drainage) 발생 가능으로 판단한다.
총 23개 시료 중 18개의 시료가 NP/MPAVL에 해당하여 산성 배수 발생 가능성이 높은 위험군에 해당한다. 4개의 시료는 NP/MPA>2에 해당하는 데 NAG test 결과 모두 0의 값을 보여서 산성배 수 발생 가능성이 거의 없는 것으로 확인되었다. 산발 생능력 평가 결과와 암석의 종류는 명확한 상관관계를 보여주지 못하므로, 단순히 암석의 종류만으로 잠재적 산발생능력을 분류하기는 어렵다.
NP/MPA 비에 따라 서 산성 배수 발생 가능성을 평가한 결과 18개의 시료가 산성배수 발생 가능성이 높은 군에, 4개의 시료는 산성 배수 발생 가능성이 낮은 군에 해당하였으며, 암석의 종류와 산발생능력 평가 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.
산발 생능력 평가 결과와 암석의 종류는 명확한 상관관계를 보여주지 못하므로, 단순히 암석의 종류만으로 잠재적 산발생능력을 분류하기는 어렵다. 그러나 본 연구에서 조사한 시료만으로 볼 때, 전반적으로 편마암, 화강암의 경우 산성배수 발생 가능성이 낮은 군으로, 열수변료는 산성배수 발생 가능성이 높은 군으로 분류되었다.
그러나 시료의 개수가 제한적이기 때문-에, 산 발생의 위험도를 보다 신빙성 있게 평가하기 위해서는 사면의 정밀한 지질조사를 통해 대표성을 갖는 시료를 채취하여야 한다. 본 연구 결과 각 암석별 광물조성의 정량분석 결과는 산발 생능력 평가시 고려되어야 할 중요한 요소임을 알 수 있었다. 건설현장에서 임반의 특성이 산성 배수 발생 가능성이 높은 지역일 경우 산발생능력 평가와 더불어 정량화 뇐 광물조싱값을 구하는 정밀조사가 반드시 실시되어야할 것으로 사료된다.
NP/MPA 비에 따라 서 산성 배수 발생 가능성을 평가한 결과 18개의 시료가 산성배수 발생 가능성이 높은 군에, 4개의 시료는 산성 배수 발생 가능성이 낮은 군에 해당하였으며, 암석의 종류와 산발생능력 평가 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 때문-에, 산 발생의 위험도를 보다 신빙성 있게 평가하기 위해서는 사면의 정밀한 지질조사를 통해 대표성을 갖는 시료를 채취하여야 한다.
Table 5는 물 시료의 화학분석 결과이다. 총 9개의 시료 중 7개가 지하수의 생활용수 이용시 수질기준인 pH 5.8-8.6 범위를 벗어났다. pH가 3.
후속연구
본 연구는 산성배수 발생 저감을 위한 기술개발의 첫 단계로서 산성배수의 암석별 발생 특성을 파악하고 평가하는데 주목적이 있었다. 향후 연구는 황철석을 함유한 암석의 표면을 처리하여 산성배수 발생의 원인인 황철석의 산화를 근본적으로 저감하는 기법을 개발하는 데 주력할 예정이다.
참고문헌 (17)
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