휴폐광지역의 산성광산배수를 처리하기 위한 자연정화처리시설로서 소택지의 설치가 증가하고 있다. 이러한 소택지의 기질물질로서는 흔히 석회석, 참나무조각, 버섯퇴비 등이 벌크형태로 적용된다. 이러한 소택지의 정화효율은 시간이 지남에 따라 점차 저하되며, 특히 산성배수와의 화학반응에 의한 기질물질 층의 투수계수 감소에 주로 기인한 것으로 파악된다. 본 연구의 목적은 산성광산배수 처리시설에서 황산염환원균(SRB) 고정화 담체의 적용성을 평가하기 위한 것이다. 고정화담체는 유기물질인 버섯퇴비와 참나무 퇴비, pH 완충제인 석회석가루 등을 토양미생물을 접종한 m-CSB와 혼합하여 제작하였다. 본 실험에서 고정화담체는 벌크형태에 비하여 pH, 황산염제거율 및 중금속 제거율에서 효율이 우수함을 확인할 수 있었다.
휴폐광지역의 산성광산배수를 처리하기 위한 자연정화처리시설로서 소택지의 설치가 증가하고 있다. 이러한 소택지의 기질물질로서는 흔히 석회석, 참나무조각, 버섯퇴비 등이 벌크형태로 적용된다. 이러한 소택지의 정화효율은 시간이 지남에 따라 점차 저하되며, 특히 산성배수와의 화학반응에 의한 기질물질 층의 투수계수 감소에 주로 기인한 것으로 파악된다. 본 연구의 목적은 산성광산배수 처리시설에서 황산염환원균(SRB) 고정화 담체의 적용성을 평가하기 위한 것이다. 고정화담체는 유기물질인 버섯퇴비와 참나무 퇴비, pH 완충제인 석회석가루 등을 토양미생물을 접종한 m-CSB와 혼합하여 제작하였다. 본 실험에서 고정화담체는 벌크형태에 비하여 pH, 황산염제거율 및 중금속 제거율에서 효율이 우수함을 확인할 수 있었다.
The application of constructed subsurface-flow wetlands for treatment of wastewater from abandoned mines is being increased. Crushed limestone, oak chips, and mushroom composites are often employed in a bulk form, as the substrates in the bed media. Efficiency of the subsurface-flow treatment system...
The application of constructed subsurface-flow wetlands for treatment of wastewater from abandoned mines is being increased. Crushed limestone, oak chips, and mushroom composites are often employed in a bulk form, as the substrates in the bed media. Efficiency of the subsurface-flow treatment system drops with time as the hydraulic conductivity of the wetland soil decreases significantly, presumably due to chemical reactions with the wastewater. The purpose of this study is to investigate the applicability of immobilized beads carrying sulfate reducing bacteria for acid mine drainage treatment system. The ingredients of immobilized beads are organic materials such as mushroom composite and oak chips, limestone powder for a pH buffer, mixed with a modified Coleville Synthetic Brine. It was found that immobilized beads are more efficient than the bulk form for pH recovery, sulfate and heavy metal removal.
The application of constructed subsurface-flow wetlands for treatment of wastewater from abandoned mines is being increased. Crushed limestone, oak chips, and mushroom composites are often employed in a bulk form, as the substrates in the bed media. Efficiency of the subsurface-flow treatment system drops with time as the hydraulic conductivity of the wetland soil decreases significantly, presumably due to chemical reactions with the wastewater. The purpose of this study is to investigate the applicability of immobilized beads carrying sulfate reducing bacteria for acid mine drainage treatment system. The ingredients of immobilized beads are organic materials such as mushroom composite and oak chips, limestone powder for a pH buffer, mixed with a modified Coleville Synthetic Brine. It was found that immobilized beads are more efficient than the bulk form for pH recovery, sulfate and heavy metal removal.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 벌크형태로 충진된 유기물층에서 발생할 수 있는 막힘현상 등을 해결하기 위해 구슬 형태의 고정화담체를 제조하여 실내실험을 수행하였다.
, 1992), 생성된 금속황화물과 미생물 biomass 에 의한 막힘 현상 때문에 투수성 문제를 가져올 수 있다(Tsukamoto et al, 2004). 이런 문제점을 해결하기 위해서는 충진형태를 바꿔줄 필요성이 있으며, 따라서 본 연구에서 벌크 형태의 유기물을 구슬(bead)형태의 고정화담체로 제작하여 실내 실험을 통한 고정화담체의 가능성을 평가하였다.
제안 방법
반응기 2와 3에는 동일한 부피의 혼합물로 제조된 고정화담체를 담았다. 고정화담체 제조 방법에 대한 차이를 보기 위해 반응기 2의 고정화담체는 제조 시 배양액을 첨가하였으며, 반응기 3의 고정화담체는 제조 시 증류수를 사용하였으며, 제조 후 1시간 정도 배양액에 침수시킨 후 적당히 물기를 제거하고 사용하였다. 세 개의 반응기 모두 1.
시료는 유리병의 윗부분에서 6, 12, 24, 48, 72, 120, 240, 600시간 경과 후 채수하였고 pH, Eh, 황산염 및 중금속의 농도를 측정하였다. pH와 Eh는 휴대용 pH/ORP 측정기 (Schott, handy lab pH12) 를 사용하였다.
pH와 Eh는 휴대용 pH/ORP 측정기 (Schott, handy lab pH12) 를 사용하였다. 양이온 분석은 ICP(LEEMAN Labs Inc.)를 이용하여 Fe, Al, Zn를 분석하였으며, 음이온 분석은 분광광도계(Hach, DR 2800)를 이용하여 SC#를 분석하였다. 모든 분석 시료는 채취 후 0.
Brine) 배지가 사용되었다. 토양미생물을 배지에 접종하여 일정시간이 지난 뒤, 같은 조성의 배양액에 일정량의 배지를 혼합하여 고정화담체를 위한 배양액으로 사용하였다. 조성은 Table 1과 같다.
대상 데이터
역할을 한다. 고정화담체는 버섯퇴비, 참나무 퇴비,석회석, SRB배양액과 알긴산(alginic acid, sodiumsalt)을 혼합하여 제조하였다. 버섯퇴비와 참나무퇴비는 실온에서 충분히 건조한 후 사용하였다.
본 연구를 위한 배지는 m-CSB(modified Coleville Synthetic Brine) 배지가 사용되었다. 토양미생물을 배지에 접종하여 일정시간이 지난 뒤, 같은 조성의 배양액에 일정량의 배지를 혼합하여 고정화담체를 위한 배양액으로 사용하였다.
본 연구에 사용된 AMD는 강원도 삼척탄좌 폐석을 증류수와 반응시켜 AMD를 제조하였다. pH 및 황산염 농도의 조정과 폐석에 부착된 수용성 염의 제거를 위해 증류수와 반응시키기 전 폐석 표면에 10% H2SO4 를 살포하였으며, 1~2일 정도 경과후 증류수와 반응 시켜 제조하였다(Lee, 2003).
버섯퇴비와 참나무퇴비는 실온에서 충분히 건조한 후 사용하였다. 석회석은 석회석 노천 채굴장에서 채취한 것으로 그 성분은 Table 2와 같다. 석회석은 100 mesh이하로 파 .
고정화담체 제조 방법에 대한 차이를 보기 위해 반응기 2의 고정화담체는 제조 시 배양액을 첨가하였으며, 반응기 3의 고정화담체는 제조 시 증류수를 사용하였으며, 제조 후 1시간 정도 배양액에 침수시킨 후 적당히 물기를 제거하고 사용하였다. 세 개의 반응기 모두 1.2 ml의 인공 AMD가 사용되었으며, 실험은 실온에서 수행되었다.
1과 같다. 실험에 사용된 반응 기는 2 liter 용량의 유리 광구병을 사용하였으며 동일한 반응기 3개를 준비하여 실험을 수행하였다. 반응기 1에는 유기물과 석회석을 1 liter 계량하여 벌크 형태로 충진하였으며, 250~300ml의 배양액를 첨가하였다.
실험에 사용된 유기물질은 버섯퇴비와 참나무퇴비를 사용하였다. 버섯퇴비는 초기 수십 일간 다량의 유기물이 유출수에 용해되어 나오는 문제점이 지적된 바 있지만(Ji, 2004), 대부분의 국내 자연정화시설에서 사용되고 있으며 , 그 효과가 입증된바 있다(Cheong et al.
성능/효과
1. 반응기 1(벌크)과 반응기 2, 3(고정화담체) 모두 pH는 평균 5.5를 유지하였으며, 황산염의 경우 고정화담체의 경우가 더 높은 제거율을 나타냈다. 검은색 침전물이 관찰된 시기로 볼 때, 고정화 담체 내부에 존재하는 황환원균이 벌크형태에서 존재하는 황환원균보다 더 빠르게 주변 환경에 적응했기 때문이라고 판단된다.
초기 1533 ppm이였던 황산염은 반응기 3은 72 h부터, 반응기 1, 2는 120 hV터 급격히 감소하기 시작하였다. 10일 후 황산염의 농도는 각각 1230 ppm, 810 ppm, 510 ppm이였으며, 황산염 제거율은 20%, 47%, 67%였다. 72 h 이전까지는 반응기 1의 황산염 농도가 다른 두 반응기의 농도 보다 더 낮은 경향을 보였지만, 그 이후부터는 반응기 1의 황산염 농도가 다른 두 반응기의 농도에 비해 대체적으로 높은 경향을 보였다.
2. 중금속 농도에서는 세 반응기 모두 유사한 결과를 보였으므로, 중금속 처리 효율에 대한 차이는 거의 없을 것이라고 판단된다.
3. 컬럼실험을 장기간 수행하여 투수계수변화를 파악하는 것이 두 형태간의 차이를 좀 더 명확하게 파악하는 것이겠지만, batch test 기간 동안 고정화 담체의 형태가 변하지 않은 점과 분석된 자료들을 종합적으로 살펴볼 때, 고정화담체를 이용한 AMD처리가 충분한 가능성이 있을 것이라 판단된다. 또한 고정화담체는 벌크 형태의 유기물이 가지고 있는 문제점을 충분히 해결할 수 있는 방안이 될 것이라고 판단된다.
32로 증가하였다. 그 후 약간의 증가 혹은 감소가 있었지만, 세 반응기 모두 실험이 끝나는 시점(600h)까지 평균 5.5를 유지하였다. pH의 증가는 담체 제조시 혼합된 분말 석회석에 의해 생성된 알칼리도에 의한 영향으로 보인다.
72 h 이전까지는 반응기 1의 황산염 농도가 다른 두 반응기의 농도 보다 더 낮은 경향을 보였지만, 그 이후부터는 반응기 1의 황산염 농도가 다른 두 반응기의 농도에 비해 대체적으로 높은 경향을 보였다. 실험 시작 4일후 반응기 3에서 가장 먼저 검은색 침전물들을 확인할 수 있었으며, 5일 후와 6일 후에 반응기 2와 1에서 검은색 침전물을 확인할 수 있었다. 검은색 침전물은 SRB의 대사에 의해 형성된 황화철에 의해 발생한 현상이며 황산염의 농도가 급격히 감소하는 시점에서 검은색 침전물이 관찰된 것으로 볼 때 황산염의 농도 감소는 SRB 활동에 의해 감소했음을 보여준다.
그러나, 본 실험에서는 오히려 산화 환경이 조성되었으며, 이러한 결과는 측정오차 등에 의한 결과라고 생각된다. 실험 시작 후 4일에서 6 일 사이에 모든 반응기에서 H2S에 의한 강한 악취를 확인할 수 있었으며, 검은색 침전물이 관찰되었다. 또한, Fig.
후속연구
컬럼실험을 장기간 수행하여 투수계수변화를 파악하는 것이 두 형태간의 차이를 좀 더 명확하게 파악하는 것이겠지만, batch test 기간 동안 고정화 담체의 형태가 변하지 않은 점과 분석된 자료들을 종합적으로 살펴볼 때, 고정화담체를 이용한 AMD처리가 충분한 가능성이 있을 것이라 판단된다. 또한 고정화담체는 벌크 형태의 유기물이 가지고 있는 문제점을 충분히 해결할 수 있는 방안이 될 것이라고 판단된다.
참고문헌 (22)
Amos, P.W. and Younger, P.L. (2003) Substrate characterization for a subsurface reactive barrier to treat colliery spoil leachate. Water Research, v.37, p.108-120
Chang, I.S., Shin, P.K. and Kim, B.H. (2000) Biological treatment of acid mine drainage under sulphatereducing conditions with solid waste materials as substrate. Water Research, v.34, p.1269-1277
Cheong, Y.W., Min, J.S., Kwon, K.S. and Lee, H.J. (1997) An evaluation of substrates for the developments of constructed wetland treatment of acid mine drainage. The Korea Society for Geosystem Engineering, v.34, p.142-151
Cocos, I.A., Zagury, G.L., Clement, B. and Samson, R. (2002) Multiple factor design for reactive mixture selection for use in reactive walls in acid mine drainage treatment. Water Research, v.36, p.167-177
Dvorak, D.H., Hedin, R.S., Edenborn, H.M. and McIntire, P.E. (1992) Treatment of metal-contaminated water using bacterial sulfate reduction: Results from pilot-scale reactors. Biotechnology and Bioengineering, v.40, p.609-616
Gibert, O., de Pablo, J., Cortina, J.L. and Ayora, C. (2004) Chemical characterization of natural organic substrates for biological mitigation of acid mine drainage. Water Research, v.38, p.4186-4196
Gross, M.A., Formica, S.J., Gandy, L.C. and Hestir, J. (1993) A comparison of local waste materials for sulfate- reducing wetlands substrate. In Mo-Shiri, G.A. (ed.), Constructed wetlands for water quality improvement. CRC Press, p.179-185
Ji, S.W. (2004) The analysis of the passive treatment systems for acid mine drainage in Korea and the experimental study of in-sulfate- reducing system. Ph.D. Thesis. Hanyang University, Korea, p.80-90
Ji, S.W. and Cheong, Y.W. (2005) Experiment of reactive media selection for the permeable reactive barrier treating groundwater contaminated by acid mine drainage. Economic and Environmental Geology, v.38, p.237-245
Johnson, D.B. and Hallberg, K.B. (2005) Acid mine drainage remediation options: A review. Science of the Total Environmental, v.338, p.3-14
Jung, M.C. (2005) Remediation of acid mine drainage from an abandoned coal mine using steel mill slag, cow manure and limestone. Journal of KoSES, v.10, p.16-23
Kim, K.H., La, H.J. and Lee, S.T. (1997) Study on organic material used in bioreactor for the treatment of acid mine drainage. Journal of KoSES, v.2, p.45-50
Ko, J.I. (2007) A study on cover system design and seepage treatment system through the characterization of the waste rock pile in a coal mine. Ph.D. Thesis. Hanyang Unversity, Korea, 147p
Lee, S.H. (2003) A study on the activity of sulfate reducing bacteria in successive alkalinity production system. Master Thesis. Hanyang Unversity, Korea, 90p
Lee, J.E., Ko, J.I. and Kim, S.J. (2006) Evaluation of some organic materials for improving of SAPS in passive treatment systems. The Korea Society for Geosystem Engineering, v.43, p.231-242
Lee, S.H., Kim, K.K. and Lee, S.H. (2005) Heavy metal removal capacity of chemically modified alginic acid. Journal of Korean Society on Water Quality, v.21, p.569-574
Lyu, K.K., Lee, S.H., Ann, J.M. and Park, J.K. (1996) The study on neutralization treatment for acid mine drainage by using limestone. The Korea Society for Geosystem Engineering, v.33, p.226-232
Postgate, J.R. (1984) The Sulphate-Reducing Bacteria. 2nd edition. Cambridge University Press, New York
Shim, E.G., Kim, E.H., Park, I.S. and Hwang, Y.G. (1999) Treatment of abandoned mine drainage using limestone. Institute of Advanced Materials, v.11, p.105- 112
Tsukamoto, T.K., Killion, H.A. and Miller, G.C. (2004) Column experiments for microbiological treatment of acid mine drainage: low-temperature, low-pH and matrix investigations. Water Research, v.38, p.1405- 1410
Waybrant, K.R., Blowes, D.W. and Ptacek, C.J. (1998) Selection of reactive mixtures for use in permeable reactive walls for treatment on mine drainage. Environmental Science & Technology, v.32, p.1972-1979
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.