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문제 정의
- 본 연구는 도곡 광산의 광미 중 Cd, Cu, Pb, Zn의 용출 특성을 탐색하기 위해 수행하였으며, 환경에 영향을 미칠 수 있는 수용성과 0.1 M HC1 용출물을 대상으로 Batch 시험과 Column 시험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 도곡 광산의 광미를 대상으로 수용성과 0.1 M HC1 용출성 중금속의 용출 농도와 용출 특성을 구명하고, 컬럼 시험을 통하여 그 이동성을 조사하고자 수행하였다.
제안 방법
- 광미 내 중금속 중 수용성과 가용성 농도를 조사하기 위해 batch 시험을 수행하였다. Figure 1은 반응시간에 따른 용출되는 수용성 중금속의 농도를 나타낸 것이다.
- 반응은 25°C 에서 150 rmp의 속도로 진탕기에서 반응시켰으며, 반응 시간은 0, 2, 5, 10, 20, 30, 60, 120분으로 하였다. 반응 후 용액은 Whatman No. 5 여과지로 여과한 후 여액 중의 중금속 농도를 ICP(GBC Integra XMP, Australia) 로 측정하였다.
- 1 M HC1)의 반응비는 토양오염공정시험법에 공시된 비율인 1 : 5 (5 g : 25 ml)로 하였다5). 반응은 25°C 에서 150 rmp의 속도로 진탕기에서 반응시켰으며, 반응 시간은 0, 2, 5, 10, 20, 30, 60, 120분으로 하였다. 반응 후 용액은 Whatman No.
- 용출제에 의한 광미 중 중금속(Cd, Cu, Pb, Zn)의 연속 용출을 위해 컬럼 시험을 수행하였다. 시험에 사용한 컬럼의 내경은 25 mm였으며, 컬럼 내에 충진된 광미는 1.
- 자연 상태의 광미더미에서 용출되는 중금속의 형태를 모사하기 위해 광미를 컬럼에 충진시킨 후 일정속도로 용액을 흘려보내 용출되는 중금속의 농도를 측정하였다. Figure 3은컬럼을 통과한 증류수에 의해 용출되는 중금속의 농도 변화를 나타낸 것이다.
대상 데이터
- Batch 시험을 통한 광미 중 함유되어 있는 중금속(Cd, Cu, Pb, Zn) 의 용출은 증류수(수용성)와 0.1 M HC1(가용성)을 용출제로 사용하였다. 광미와 용출제(증류수, 0.
- 광미의 중금속 용출 특성을 조사하기 위해 사용된 광미는 경북 영덕에 위치한 도곡 광산의 광미를 사용하여 시험하였다. 공시 재료는 토양오염공정시 험 법에 준하는 방법인 0.
- 위해 컬럼 시험을 수행하였다. 시험에 사용한 컬럼의 내경은 25 mm였으며, 컬럼 내에 충진된 광미는 1.45 g/cn?의 용적 밀도로 25 cm를 충진시켜 시험하였다. 광미로 충진된 컬럼의 1 pore volume은 55 ml 이었다.
- 1 M HC1 추출법§과 총량 분석을 위해 산 가수분해법©을 사용하여 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn의 농도를 측정하였다. 이 중 농도가 높은 Cd, Cu, Pb, Zn을 대상으로 시험을 수행하였다.
데이터처리
- power function (식 1)을 사용하였다'). 식은 실험을 통하여 얻은 결과를 근거로 하여 SigmaPlot® 8.0 프로그램 내에 있는 regression wizard 기능을 사용하여 유도하였다.
이론/모형
- Table 2는 용출시간과 용출된 중금속의 농도와의 상관관계를 나타낸 것으로 power function model이 적용되었다. 식 1에서 계수 a는 초기 1분 내에 용출되는 중금속의 양을 의미하는 것이며, 계수 b는 용출속도상수를 의미하는 것이다 1기.
- 시험하였다. 공시 재료는 토양오염공정시 험 법에 준하는 방법인 0.1 M HC1 추출법§과 총량 분석을 위해 산 가수분해법©을 사용하여 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn의 농도를 측정하였다. 이 중 농도가 높은 Cd, Cu, Pb, Zn을 대상으로 시험을 수행하였다.
성능/효과
- Column 시험에서 수용성 중금속은 Cd과 Cu, Zn의 경우 2 pore volume에서 의사평형에 도달하였으나, Pb의 경우 10 pore volume에서 의사 평형에 도달하였다. 0.1 M HC1 을 column에 통과시켰을 때 Cd, Cu, Zn은 1 pore volume에서 용출농도의 최대점을 나타냈으나, Pb은 5 pore volume 에서 최대점을 나타내었으며, 이동속도는 Cd > Zn > Cu > Pb 의 순으로 조사되었다.
- 9 mg/kg 이었다. 0.1 M HC1 을 이용한 경우 초기 용출농도와 용출 속도상수는 Cd의 경우 초기 용출농도는 낮았으나, 용출속도는 Cu나 Zn보다는 높은 것으로 조사되었다. Cu와 Zn 의 경우 초기 용출농도는 높았으나, 용출속도는 가장 낮은 것으로 조사되었다.
- 수용성 중금속의 초기 용출농도는 Zn > Cu > Pb > Cd의 순이었으며, 수용성 중금속의 용출 속도상수는 Pb > Cu > Cd > Zn의 순이 었다. 0.1M HC1 추출물의 초기 용출농도는 Zn > Cu > Pb > Cd의 순이었으며, 용출속도상수는 Pb > Cd > Zn > Cu의 순이 었다. 중금속의 용출속도는 주로 추출액과 광미의 물리적 화학적 특성에 따라 달라질 수 있으며, 이러한 결정 요소에 의하여 본시험에서는 Pb의 용출속도가 가장 높은 것으로 조사되었다.
- Figure 1은 반응시간에 따른 용출되는 수용성 중금속의 농도를 나타낸 것이다. 120분간 용출시킨 결과 증류수 내 Cd의 농도는 0.46 mg/ i 이었으며, Cu는 25.88 mg/ i, Pb는 3.43 mg/ 2, Zn는 57.51 mg/ 2 이 었다. 이 결과를 광미 단위 무게당 용출된 중금속의 양으로 환산하면 Cd은 2.
- Cd의 경우는 증류수로 침출하였을 때와 비슷하게 용출농도 최고점에서 감소하는 속도가 다른 중금속보다 빨라 2 pore volume에서 의사 평형에 도달하는 것으로 조사되었다. Cu의 경우는 증류수로 침출하였을 때와는 달리 초기 4 pore volume 까지는 완만하게 감소하였으며, 이후 감소속도가 빨라지는 것으로 나타났다. Pb의 경우 Cd, Cuz Zn°] 1 pore volume에서 최대 점에 도달하는 것에 비해 5배 가량이 늦어 5 pore volume 에서 최대점에 도달하였으며, 감소하는 속도도 다른 중금속보다 느린 것으로 조사되었다.
- Cu와 Zn의 경우도 Cd의 경우와 비슷한 양상을 보였으나, 의사평형에 도달하는 2 pore volume이 지난 후에도 감소 폭이 Cd보다는 높은 것으로 조사되었다. Pb의 경우는 다른 중금속과는 다른 형태를 나타내고 있었는데, 최대 점에서 감소하는 형태가 Cd, Cu, Zn와는 달리 완만한 형태로 10 pore volume이 지나서야 의사평형에 도달하는 것으로 조사되었다. 이러한 결과를 통해 수용성 중금속의 이동성을 평가할 수 있는데 본 시험에서는 Cd > Cu > Zn > Pb의 순인 것으로 조사되었다.
- Cd와 Zn에 비해 더 큰 것으로 보고하였다. 본 시험에서의 용출속도도 이 결과와 비슷한 것으로 나타나 중금속의 이동성은 분배계수에 의한 영향이 가장 큰 것으로 확인되었다.
- 0 mg/kg7)이 함유되어 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에 사용된 광미 중의 중금속 총 농도는 각각 Cd 133.6 mg/kg, Cr 흔적, Cu 3, 576.0 mg/kg, Ni 8.6 mg/kg, Pb 8, 807.4 mg/kg, Zn 11, 817.0 mg/kg이었으며, 일반적으로 알려진 천연부존량보다 대체로 높은 것으로 확인되었다(Table 1).
- Pb의 경우는 다른 중금속과는 다른 형태를 나타내고 있었는데, 최대 점에서 감소하는 형태가 Cd, Cu, Zn와는 달리 완만한 형태로 10 pore volume이 지나서야 의사평형에 도달하는 것으로 조사되었다. 이러한 결과를 통해 수용성 중금속의 이동성을 평가할 수 있는데 본 시험에서는 Cd > Cu > Zn > Pb의 순인 것으로 조사되었다.
- 1M HC1 추출물의 초기 용출농도는 Zn > Cu > Pb > Cd의 순이었으며, 용출속도상수는 Pb > Cd > Zn > Cu의 순이 었다. 중금속의 용출속도는 주로 추출액과 광미의 물리적 화학적 특성에 따라 달라질 수 있으며, 이러한 결정 요소에 의하여 본시험에서는 Pb의 용출속도가 가장 높은 것으로 조사되었다. Column 시험에서 수용성 중금속은 Cd과 Cu, Zn의 경우 2 pore volume에서 의사평형에 도달하였으나, Pb의 경우 10 pore volume에서 의사 평형에 도달하였다.
후속연구
- 중금속의 존재형태와 용출 특성의 구명에 관한 연구는 광산 활동에 의한 광산폐기물의 거동에 적용이 가능하고 특히 광미를 매립 또는 광재댐에 의해 격리하였을 경우 하천으로의 이동, 지하수로의 유출, 지역 토양의 오염 가능성을 예측하는데 중요한 정보를 제공할 것으로 판단된다. 특히 수용성 중금속은 강우에 의해 직접적으로 오염을 일으킬 수 있으며, 토양환경보존법에 공시되어 있는 0.
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