본 연구에서는 핵폐기물 매립장의 인공 방벽으로 사용되는 시멘트 물질들과 주변 지하수 반응 결과로 형성되는 강알칼리성 지하수와 주변 암과의 반응을 통해 변화되는 지하수 특성을 지구화학모델링을 통해 예측하고자 하였다. 연구 결과 시멘트 수화반응을 통해서 pH는 13.3를 나타내었으며 이때 생성되는 광물들은 Brucite, Katoite, Calcium Silicate Hydrate(CSH 1.1), Ettringite, Hematitie, Portlandite였다. 이들 광물들과 경주 지역에서 채취된 지하수의 반응 모델링에서는 지하수의 pH가 12.4로 예측되었다. 이러한 강알칼리성 지하수와 주변 화강암과의 반응은 $10^3$ 년 동안 반응속도 모델링을 통해 모사하였다. 그 결과 지하수의 최종 pH는 11.2였으며 pH는 규산염 광물과 CSH 광물들의 용해 침전에 의해 조절되고 있었다. 또한 지하수 수질도 이들 광물들과 점토광물 및 산화광물들의 용해 침전에 의해 결정되고 있었다. 본 연구 결과는 장기간 동안의 강알칼리성 지하수와 주변 암과의 반응 모델링을 통해 지구화학 및 수질 변화를 예측함으로서 인공 방벽의 안정성 평가에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 핵폐기물 매립장의 인공 방벽으로 사용되는 시멘트 물질들과 주변 지하수 반응 결과로 형성되는 강알칼리성 지하수와 주변 암과의 반응을 통해 변화되는 지하수 특성을 지구화학 모델링을 통해 예측하고자 하였다. 연구 결과 시멘트 수화반응을 통해서 pH는 13.3를 나타내었으며 이때 생성되는 광물들은 Brucite, Katoite, Calcium Silicate Hydrate(CSH 1.1), Ettringite, Hematitie, Portlandite였다. 이들 광물들과 경주 지역에서 채취된 지하수의 반응 모델링에서는 지하수의 pH가 12.4로 예측되었다. 이러한 강알칼리성 지하수와 주변 화강암과의 반응은 $10^3$ 년 동안 반응속도 모델링을 통해 모사하였다. 그 결과 지하수의 최종 pH는 11.2였으며 pH는 규산염 광물과 CSH 광물들의 용해 침전에 의해 조절되고 있었다. 또한 지하수 수질도 이들 광물들과 점토광물 및 산화광물들의 용해 침전에 의해 결정되고 있었다. 본 연구 결과는 장기간 동안의 강알칼리성 지하수와 주변 암과의 반응 모델링을 통해 지구화학 및 수질 변화를 예측함으로서 인공 방벽의 안정성 평가에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
Hyperalkaline groundwater formed by groundwater-cement components and its reaction with bedrock in a nuclear waste repository were simulated by geochemical modeling. The result of groundwater-cement components reaction showed that the pH of water was 13.3 and the precipitated minerals were Brucite, ...
Hyperalkaline groundwater formed by groundwater-cement components and its reaction with bedrock in a nuclear waste repository were simulated by geochemical modeling. The result of groundwater-cement components reaction showed that the pH of water was 13.3 and the precipitated minerals were Brucite, Katoite, Calcium Silicate Hydrate(CSH1.1), Ettringite, Hematite, and Portlandite. The result of interaction between such minerals and groundwater sampled in Gyeongju area also showed that the pH of groundwater reached 12.4. Interaction between such hyperalkaline groundwater and granite was simulated by kinetic model during $10^3$ years. This result showed that the final pH of groundwater reached 11.2 and the variation of pH was controlled by dissolution/precipitation of silicate and CSH minerals. Groundwater quality was also determined by dissolution/precipitation of silicate, CSH, oxide minerals. Our results show that geochemical modeling of long-term hyperalkaline groundwater and rock interaction can contribute to the safety assessment of engineered barrier by predicting geochemical condition in repository site.
Hyperalkaline groundwater formed by groundwater-cement components and its reaction with bedrock in a nuclear waste repository were simulated by geochemical modeling. The result of groundwater-cement components reaction showed that the pH of water was 13.3 and the precipitated minerals were Brucite, Katoite, Calcium Silicate Hydrate(CSH1.1), Ettringite, Hematite, and Portlandite. The result of interaction between such minerals and groundwater sampled in Gyeongju area also showed that the pH of groundwater reached 12.4. Interaction between such hyperalkaline groundwater and granite was simulated by kinetic model during $10^3$ years. This result showed that the final pH of groundwater reached 11.2 and the variation of pH was controlled by dissolution/precipitation of silicate and CSH minerals. Groundwater quality was also determined by dissolution/precipitation of silicate, CSH, oxide minerals. Our results show that geochemical modeling of long-term hyperalkaline groundwater and rock interaction can contribute to the safety assessment of engineered barrier by predicting geochemical condition in repository site.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
하지만 국내의 경우 폐기물 매립장 건설이 가시화되고는 있지만 지구화학 조건의 장기간 변화 예측 연구는 아직 초기상태이며 이를 위한 실험 자료도 미미하다. 따라서 본연구에서는 지구화학 모델을 이용한 개념 모델링을 통해서 장기간의 강알칼리성 지하수와 주변 모암과의 반응을 수행하고 이에 따른 지구화학 조건의 변화를 예측해보고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 PHREEQC를 이용하여 평형 열역학과 반응 속도 모델링을 수행하였다.
주요 구성 물질이다. 따라서 이 반응을 통해 시멘트 페이스트의 주요 구성 물질을 예측하고자 하였다. 모델에 사용한 시멘트의 조성은 현재 알 수가없으므로 일반적인 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland cement) 자료를 사용하였다[11](Table 1).
본 연구는 핵폐기물 매립지의 인공 방벽으로 사용되는 시멘트 물질과 지하수의 반응을 통해 형성된 강알칼리성 지하수가 주변 암과의 반응을 통해 형성하는 지하수 수질 및 지구화학 조건을 평형 열역학 및 반응속도 모델링을 통해 예측하고자 하였다. 본연구에서 반응 시간은 IB년으로 가정하였고 반응 결과 지하수는 알칼리성 조건(pH=11.
수질 변화 및 광물의 용해 . 침전을 예측하고자 하였다. 여기서는 규산염 광물들의 반응속도를 고려하여 계산하였으며 반응시간은 103 년으로 하였다.
가설 설정
분석된 지하수 자료를 인용하여 사용하였다[12](Table 2). 모델 조건은 지하수로 포화되어있음을 가정하였기 때문에 대기 중 이산화탄소 및 산소와는 차단된 폐쇄계로 간주하였다. 또한 시멘트와 관련된 광물들의 용해 .
모델에 사용한 시멘트의 조성은 현재 알 수가없으므로 일반적인 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland cement) 자료를 사용하였다[11](Table 1). 물의 성분도 단순한 모델을 위해 순수한 물인 증류수로 가정하였다. 핵폐기물 매립장에서 물과/시멘트의 비율은 일반적으로 0.
45로 가정하였다. 반응은 대기와 접하고 있는 조건, 즉 대기 중 이산화탄소, 산소와 평형인 조건에서 시멘트 광물들의 열역학적 평형을 가정하여 계산하였다.
본연구에서 반응 시간은 IB년으로 가정하였고 반응 결과 지하수는 알칼리성 조건(pH=11.2)을 나타냈으며 pH는 규산염 광물들과 CSH 광물들의 용해 . 침전 반응에 의해 주로 영향을 받고 있었다.
또한 시멘트와 관련된 광물들의 용해 . 침전 반응과 관련하여서는 이들 반응이 매우 빠르고(3), 반응속도(kinetics) 와 관련된 자료가 부족하기 때문에 열역학적 평형을 가정하였다.
물의 성분도 단순한 모델을 위해 순수한 물인 증류수로 가정하였다. 핵폐기물 매립장에서 물과/시멘트의 비율은 일반적으로 0.3-0.6 범위에서 사용되고 있으며 본 모델에서는 0.45로 가정하였다. 반응은 대기와 접하고 있는 조건, 즉 대기 중 이산화탄소, 산소와 평형인 조건에서 시멘트 광물들의 열역학적 평형을 가정하여 계산하였다.
제안 방법
경주 처분장 부지의 암석은 대부분 화강암류로 구성되어있으며 처분부지 대표적인 지하수에 해당하는 시추공 주변의 주요 구성 광물은 Quartz(31.6%), Albite(28.2%), K-Feldspar(21.1%), Anorthite(13.5%) 로 구성되어 있는 것으로 알려져 있다[12L 이들 규산염 광물들은 풍화속도가 매우 느리기 때문에 반응속도(kinetics) 모델링을 수행하였으며 기간은 103년으로 하였다.
따라서 콘크리트의 주요 구성물질인 시멘트 페이스트는 주변의 지하수와 반응하여 변질되어 공극수 및 주변 지하수 수질을 변화시킨다. 본 연구에서는 위의 물/시멘트 반응에 의해 생성되는 광물들을 시멘트페이스트의 주요 구성 성분으로 하였다. 모델에 사용된 지하수 수질은 경주 처분부지 내에서 심도 180m에서 채취 .
위의 지하수와 시멘트페이스트 반응 결과로 획득된 지하수수질을 이용하여 주변 암석과의 반응을 모델링하였다. 경주 처분장 부지의 암석은 대부분 화강암류로 구성되어있으며 처분부지 대표적인 지하수에 해당하는 시추공 주변의 주요 구성 광물은 Quartz(31.
지하수와 시멘트페이스트 반응을 통해 형성된 강알칼리성 수질을 이용하여 주변 암과의 반응을 모델링하여 수질 변화 및 광물의 용해 . 침전을 예측하고자 하였다.
지하수와 시멘트페이스트의 반응은 경주 지역의 지하수와 위의 모델링 결과에서 생성되는 시멘트 페이스트의 주요 구성 광물들과의 평형 반응을 통해 예측하였다. 본 연구의 모델링 결과는 Table 5에 용해 - 침전되는 광물들과 함께 제시되어 있다.
대상 데이터
본 연구에서는 위의 물/시멘트 반응에 의해 생성되는 광물들을 시멘트페이스트의 주요 구성 성분으로 하였다. 모델에 사용된 지하수 수질은 경주 처분부지 내에서 심도 180m에서 채취 . 분석된 지하수 자료를 인용하여 사용하였다[12](Table 2).
따라서 이 반응을 통해 시멘트 페이스트의 주요 구성 물질을 예측하고자 하였다. 모델에 사용한 시멘트의 조성은 현재 알 수가없으므로 일반적인 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland cement) 자료를 사용하였다[11](Table 1). 물의 성분도 단순한 모델을 위해 순수한 물인 증류수로 가정하였다.
장점으로는 데이터 입력 및 처리가 간편하고 열역학 자료의 상호 호환 및 사용이 간편하여 다양한 자료의 활용이 가능하다. 본 연구에 사용된 열역학 자료는 광물의 용해 . 침전 및 반응속도와 관련된 반응은 PHREEQC의 자료를 활용하였으며 시멘트 물질들과 관련된 자료는 문헌을 참조하여 활용하였다.
모델에 사용된 지하수 수질은 경주 처분부지 내에서 심도 180m에서 채취 . 분석된 지하수 자료를 인용하여 사용하였다[12](Table 2). 모델 조건은 지하수로 포화되어있음을 가정하였기 때문에 대기 중 이산화탄소 및 산소와는 차단된 폐쇄계로 간주하였다.
이론/모형
따라서 본연구에서는 지구화학 모델을 이용한 개념 모델링을 통해서 장기간의 강알칼리성 지하수와 주변 모암과의 반응을 수행하고 이에 따른 지구화학 조건의 변화를 예측해보고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 PHREEQC를 이용하여 평형 열역학과 반응 속도 모델링을 수행하였다. 연구 결과는 제한된 자료로 인해 불확실성과 한계가 존재하지만 장기간의 안전성 평가를 위한 개념모델로서 지구화학 모델링이 훌륭하게 적용될 수 있음을 보여주는 것으로 판단된다.
본 연구에 사용된 열역학 자료는 광물의 용해 . 침전 및 반응속도와 관련된 반응은 PHREEQC의 자료를 활용하였으며 시멘트 물질들과 관련된 자료는 문헌을 참조하여 활용하였다. 시멘트와 관련된 광물들의 열역학 자료는 Table 3에 제시되어 있다.
성능/효과
이를 위해 본 연구에서는 PHREEQC를 이용하여 평형 열역학과 반응 속도 모델링을 수행하였다. 연구 결과는 제한된 자료로 인해 불확실성과 한계가 존재하지만 장기간의 안전성 평가를 위한 개념모델로서 지구화학 모델링이 훌륭하게 적용될 수 있음을 보여주는 것으로 판단된다.
Mg는 소량이지만 Chlorite의 침전에 의해 그 농도가 지속적으로 감소하고 있으며 Fe 역시 Hematite의 침전에 의해 그 농도가 감소하고 있다. 이들 결과는 강알칼리성 지하수와 주변 암과의 반응에 의해 생성되는 지구화학 조건 및 지하수 수질은 규산염 광물들의 용해와 2차 생성 광물인 CSH 광물들, 점토 광물들, 산화광물의 침전 반응에 의해 결정되고 있음을 보여주고 있다. 또한 103년이 지나도 여전히 알칼리성 환경을 보여주고 있어 콘크리트 방벽의 내구성이 긴 시간 동안 유지 될 수 있음을 보여주고 있다.
후속연구
침전 반응에 의해 조절되고 있었다. 시멘트 광물들과 점토 광물들이 내포하고 있는 열역학 자료의 불확실성에도 불구하고 본 연구 결과는 장기간의 지구화학 조건 및 수질 변화를 예측함으로서 콘크리트 인공 방벽의 안정성 평가에 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.