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문제 정의
- 본 연구는 한국학술진흥재단 선도기초과학연구실사업 (ABRL)의 지원을 받는 고려대학교 천부지권환경연구실 (EGRL)의 연구비 지원에 의해 수행되었기에 이에 감사한다.
- 이에, 본 연구에서는 금강유역의 부여 지역에서 취득한 충적층 지하수 수질 자료에 대하여 지구화학 프로그램인 PHREEQC(Parkhurst, 1995)의 반응성용질이동모델링을 적용해 봄으로써, 주입-양수에 의한 용존 철 제거 기법의 효율성을 정량적으로 검토하고자 수행되었다. 아울러, 주입양수 기법에 의한 용존 철 제거 기작 및 그 공간적 제거 범위에 대하여 산화환원반응의 관점에서 토의하고, 크로 깅 및 대수층의 투수율 저하 등 본 기법의 적용에 의해 수반될 수 있는 2차적인 문제의 가능성에 대해 검토하였다. 본 연구를 통하여 국내 충적 대수층 지하수의 활용 증대 및 개발 경제성 향상을 도모하는 하나의 계기가 되기를 바란다.
- 이에, 본 연구에서는 금강유역의 부여 지역에서 취득한 충적층 지하수 수질 자료에 대하여 지구화학 프로그램인 PHREEQC(Parkhurst, 1995)의 반응성용질이동모델링을 적용해 봄으로써, 주입-양수에 의한 용존 철 제거 기법의 효율성을 정량적으로 검토하고자 수행되었다. 아울러, 주입양수 기법에 의한 용존 철 제거 기작 및 그 공간적 제거 범위에 대하여 산화환원반응의 관점에서 토의하고, 크로 깅 및 대수층의 투수율 저하 등 본 기법의 적용에 의해 수반될 수 있는 2차적인 문제의 가능성에 대해 검토하였다.
- 이에, 본 연구에서는 충적 대수층 지하수 내의 고농도의 용존 철 이온을 대수층 내 (in-situ)에서 효과적으로 제거하기 위한 주입-양수 기법, 즉 '산소가 풍부한 물을 주입하고 양수하는 과정을 반응성용질이동모델링을 적용하여 고찰하여 보았다. 본 연구 결과 주입-양수 기법은 매우 효과적이고 효율적인 철 이온 제거 방법임을 지시하였다.
가설 설정
- 대수층 퇴적물에서 순환 지하수에 의해 주줄 가능한(leachable) 철 농도는 2 wt. %로 가정하였고, 공극률과 밀도를 이용하여 철수산화물의 양을 계산하였으며 그 양의 10%> 대수층 내에 존재하는 비정질 페리하이드라이트의 농도로 가정하였다(Parkhurst, 1995). HFO의 특성 값에 대해서는 Dzombak and Morel(1990)의 자료를 활용한 PHREEQC의 기본값을 사용하였는데, 표면적은 600 m%, 약한 흡착 사이트 농도는 0.
- 페리하이드라이트는 갈철석(goethite)에 비해 열역학적으로 불안정하고 비정질이며, 철수산화물 침전시 가장 먼저 형성되고 표면적이 넓다(Houben, 2003). 대수층의 공극률은 국내 미고결 하상 퇴적물의 평균 공극률인 35-38%(한국수자원공사, 1995)에 근접한 30%로 가정하였고, 밀도는 1.8 g/cnF로 가정하였다. 대수층 퇴적물에서 순환 지하수에 의해 주줄 가능한(leachable) 철 농도는 2 wt.
- 보존성 (conservative) 물질인 염소 이온은 대수층 내에서의 주입수의 이동 거리를 알기 위해 모사되었는데, 주입수에만 존재하고 환원대 지하수에는 없는 것으로 가정하였다. 또한, 지하수는 철수산화물인 페리 하이드라이트 (ferrihydrite)에 대해 평형 상태에 있다고 가정하였다. 페리하이드라이트는 갈철석(goethite)에 비해 열역학적으로 불안정하고 비정질이며, 철수산화물 침전시 가장 먼저 형성되고 표면적이 넓다(Houben, 2003).
- 보존성 (conservative) 물질인 염소 이온은 대수층 내에서의 주입수의 이동 거리를 알기 위해 모사되었는데, 주입수에만 존재하고 환원대 지하수에는 없는 것으로 가정하였다. 또한, 지하수는 철수산화물인 페리 하이드라이트 (ferrihydrite)에 대해 평형 상태에 있다고 가정하였다.
- 6에는 120시간을 주입 후 480시간 양수한 경우의 페리 하이드라이트의 침전량을 모사한 결과를 나타내었다. 앞서 기재한 바와 같이, 초기 대수층 내에 존재하는 페리하이드라이트의 양은 0.22mol/L로 가정하였으며, 따라서 본 모델링 결과는 약 0.003mol/L의 페리하이드라이트가- 주입-양수 기법의 시행에 의해 추가로 침전하였음을 보여준다. 이 양을 환산하면 충적층 공극률의 약 0.
- 본 모델링에서는 120시간 주입 후 바로 양수를 하는 경우를 모사하였다. 양수 시간은 달리하였는데, Fig. 5A에서는 주입 시간과 동일한 120시간(5일)의 양수, B에서는 240시간(10일)의 양수, C에서는 360시간(15일)의 양수, D에서는 480시간(20일)의 양수를 가정하였다. Fig.
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