[논문]폐 석탄광산 배수처리 시 발생되는 슬러지를 이용한 오염토양 중금속 안정화

임정현; 손영규; 장민; 심연식; 김지형

doi:10.5322/jes.2009.18.2.239

폐 석탄광산 배수처리 시 발생되는 슬러지를 이용한 오염토양 중금속 안정화
Stabilization for Heavy Metal Contamination Soils which Uses the Coal Mine Drainage Sludge 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.18 no.2, 2009년, pp.239 - 244

(고려대학교 건축사회환경공학과) , 임정현 (고려대학교 건축사회환경공학과) , 손영규 (고려대학교 건축사회환경공학과) , 장민 (한국광해방지 관리공단) , 심연식 (한국광해방지 관리공단) , 김지형 (고려대학교 건축사회환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, to stabilize the heavy metal in the contaminated soils, the column leaching test based on rainfall and pH value was performed by using coal mine drainage sludge(CMDS): which was generated during electrical purification of abandoned coal mine wastewater. Four types of testing column were used in this study. That were the CMDS and the heavy metal contaminated soils well mixed in 0 wt%, 1 wt%, 3 wt% and 3 wt% layered column. According to the investigation, when the influent pH was $5.5{\sim}6.2$, there were no heavy metal elution at all conditions, and when the influent pH was $3{\sim}3.3$, the order of Cu, Zn, Pb, Cr elution concentration was 3 wt% M(mixed)<3 wt% S(separation)<1 wt% M<0 wt% and the average elution concentration was quite low, the value was 0.005 mg/L. Therefore, CMDS can used as new stabilizer of the heavy metal in the contaminated soils.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 휴 , 폐 광산 인근 복합 중금속으로 오염된 논토양에 대하여 중금속의 안정화효과를 위해 CMD 슬러지를 주입한 후, 주입율 증가 및 방식과 pH가 중금속 Cu, Zn, Pb, Cr의 안정화 효율에 미치는 영향을 평가함으로써 복합 중금속 오염토양에 대한 경제적이고 친환경적인 원위치 안정화처리 기술을 개발하고자 하였다.
본 연구는 중금속 오염토양에 대해 폐 석탄광산배수를 전기정화법으로 처리 시 발생되는 슬러지를 주입하여 오염토양 내 중금속의 안정화효율을 평가하기 위하여 용출 시험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

가설 설정

유량은 한국 1년 평균 강우량 1, 300 mm/년으로 이중 50%는 유실된다고 가정하고 하루에 1년의 강우량 11.5 L/year/day로 주입하였다. 오염토양의 총무게는 12 kg, 높이는 400 mm 이 었고, 강우 pH는 3~6로 변화하여 용출 실험을 하였다.

제안 방법

CMDS분석은 XRF(X-ray fluorescence spectrometer, XRF-1700, SHIMADZU)# 사용하여 정량 분석하였다.
pH는 IN HNO₃ 및 IN NaOH를 이용하여 조절하였고 pH meter (Thermo orion model 420A*)를 사용하여 측정하였다.
5 L/year/day로 주입하였다. 오염토양의 총무게는 12 kg, 높이는 400 mm 이 었고, 강우 pH는 3~6로 변화하여 용출 실험을 하였다.
45 Iim 여과지로 여과한 상징수의 pH, DO을 측정하고, ICP 를 이용하여 중금속 농도를 측정하였다. 이와 같은 조작을 22일 동안 반복하여 중금속의 용출 거동을 관찰하였다.
중금속농도는 ICP-AES(inductively coupled plasma atomic emission spectrometer, OPTIMA5300 DV, Perkin Elmer)를 이용하여 분석하였다. CMDS분석은 XRF(X-ray fluorescence spectrometer, XRF-1700, SHIMADZU)# 사용하여 정량 분석하였다.
칼럼용출실험은 내경이 150 mm, 높이가 1, 200 mm인 아크릴 관을 1단으로 하여 각 단에 Fig. 1과 같은 조합으로 1개의 칼럼에는 오염토양만 충전하였고, 2개의 칼럼은 1% 및 3%의 CMDS와 오염토양을 완전 혼합하여 충전하였으며, 1개의 칼럼은 3% CMDS와 오염토양을 층을 이루게 충전하였다. 충전이 완료된 칼럼에 증류수를 상부로부터 천천히 유입시켜 토양입자사이의 공기를 완전히 추출한다.
토양층의 하단까지 증류수가 차게 되면 증류수 유입을 차단하고 토양층 상부에 pH가 조절된 용액을 유입시킨다. 하부에서 받은 용액을 혼합시킨 후 0.45 Iim 여과지로 여과한 상징수의 pH, DO을 측정하고, ICP 를 이용하여 중금속 농도를 측정하였다. 이와 같은 조작을 22일 동안 반복하여 중금속의 용출 거동을 관찰하였다.

대상 데이터

본 연구는 경기도 화성시 봉담면 (경도 37°13'; 위도 126° 56)에 위치한 삼보 연-아연 중정석광산의 침출수에 의해 오염된 논토양(513번지)을 시료로 사용하였고, 안정화 재료로 폐 석탄광산 배수를 전기정화법으로 처리 시 발생되는 슬러 지(coal mine drainage sludge: CMDS) 케이크를 사용하였다. 오염토양의 특성은 T«ble 1에 나타내었다.

성능/효과

8 mg/L로 안정화 효율이 97%이었고., 1% 및 3% CMDS를 완전 혼합 시 오염토양 중 Cu의 용출 농도는 각각 0.6 mg/L 및 0.5 mg/L로 97.8%, 9%의 안정화 효과를 확인하였다. 또한 3% CMDS와 오염토양이 층을 이룰 시 Cu의 용출 농도는 0.
1) 초기 pH 33일 때 유출수 pH는 3% M이 7.48로 제일 높았고, DO 농도는 모든 경우 3.5 mg/L 이상으로 호기성조건을 유지하였다.
2) 투수계수는 0% 일 때 10씨矿, 3% M일 때 4x10* cm/sec로 제일 낮게 나타났다.
경 향은 Cu와 비슷하였다. 3% CMDS를 오염토양과 완전혼합 시 초기 오염토양 중 Zn 농도대비 99%의 안정화 효율을 확인하였고, Pb 및 Cr의 경우 오염토양 중 초기농도 대비 각각 99.8%, 99.9%의 안정화 효율을 나타내었다. 또한 실험기간 동안 총 용출율은 Zn의 경우 0%, 1% M, 3% M, 3% S시 각각 4.
3) 유입 pH가 5.8 ~ 6.2일 때 CMDS의 높은 완충작용으로 유출 pH가 평균 7.9 이상의 강알칼리성으로 모든 혼합비율에서 중금속은 용출 되지 않았다.
4) 유입 pH 3.3일 때 Cu, Zn, Pb, Cr의 총 용출율은 슬러지와 오염토양의 혼합비율이 0%일 때 Cu, Zn, Pb, Cr의 경우 각각 3.6%, 4.4%, 2.66%, 0.25%로 제일 높게 나타났고, 3% M일 때 각각 0.71%, 0.35%, 1.96%, 0.11%로 제일 낮게 나타났으며, Fe의 경우 총용출율은 3%슬러지와 오염토양이 층을 이룰 시 용출량은 2.68%로 제일 많았다.
Fig. 2에서 유입평균 pH 3.3일 때 CMDS를 혼합하지 않은 칼럼 반웅기의 유출 pH는 6.2이었고, 1%, 3% CMDS를 완전 혼합한 칼럼 반응기의 유출 pH는 각각 7.45와 7.85로 약 알칼리성으로 나타났다. 3% CMDS와 오염토양이 층을 이룰 시 유출수 pH는7.
Fig. 5에서 유입 평균 pH가 3.3일 때 중금속 Cu의 경우 CMDS를 혼합하지 않을 경우 토양 중 Cu의 농도는 27.37 mggkg에서 초기 1년 용줄농도는 0.8 mg/L로 안정화 효율이 97%이었고., 1% 및 3% CMDS를 완전 혼합 시 오염토양 중 Cu의 용출 농도는 각각 0.
3 mmol H*g/pH로 높기 때문인 것으로 판단된다. pH의 변화는 CMDS의 혼합비율이 증가할수록 pH는 증가하였고, pH 증가 순서는 3% 혼합(mixed, M)>1% 혼합(M)>3% 층(separation, S)>0% 순으로 나타났다. 이는 중금속 오염토양의 pH와 CMDS의 pH가 높고 완충능력이 높기 때문에 산성비로 인한 악천후에도 중금속 안정화 효율에 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다.
8%, 9%의 안정화 효과를 확인하였다. 또한 3% CMDS와 오염토양이 층을 이룰 시 Cu의 용출 농도는 0.55 mg/L로 98%의 안정화효과를 나타냈다. 시간이 지나면서 용출 농도는 점차 감소하였고 9일(9년) 후 용줄 농도는 0。05 mg/L로 실험기간 22일(22년) 동안 일정하게 유지되었다.
33%, pHzero point charge (pHzpe)는 5이었다. 또한 CMDS의 완충능력(soil buffer capacity)은 82.3 mmol H+/kg/pH, 양이온 교환능력(CMC) 7.8 meq/100 g, CaCO₃ 9.0%로 높게 나타나 새로운 안정화재료로 사용이 가능할 것으로 판단된다. 또한 CMDS의 재활용여부를 판단하기 위하여 US EPA에서 개발되어 사용되고 있는 TCLP(toxicity characteristic leaching procedure, EPA method 1311) 용출시험을 시행한 결과 Table 5에서 유해성분이 모두 기준치를 만족할 수 있어 재활용이 가능할 것으로 판단되었다.
0%로 높게 나타나 새로운 안정화재료로 사용이 가능할 것으로 판단된다. 또한 CMDS의 재활용여부를 판단하기 위하여 US EPA에서 개발되어 사용되고 있는 TCLP(toxicity characteristic leaching procedure, EPA method 1311) 용출시험을 시행한 결과 Table 5에서 유해성분이 모두 기준치를 만족할 수 있어 재활용이 가능할 것으로 판단되었다.
9%의 안정화 효율을 나타내었다. 또한 실험기간 동안 총 용출율은 Zn의 경우 0%, 1% M, 3% M, 3% S시 각각 4.1%, 0.59%, 0.35%, 1.97%로 3% M<1% M<3% S <0% 순으로 나타났고, Pb의 경우 총 용출율은 각각 2.66%, 2.12, 1.96%, 2.25%로 3% M<1% M<3% S <0%순 이었다. Cr의 경우 총 용출율은 각각 0.
실험결과 유입 pH가 5.8~6.2일 때 CMDS의 높은 완충작용으로 유출 pH가 평균 7.9 이상의 강알칼리성으로 모든 혼합비율에서 중금속은 용출 되지 않았다. 이는 알칼리성 조건에서 CMDS표면의 음전하와 중금속양이온이 흡착 혹은 착화, 중금속과 탄산염의 침전에 의해 중금속의 이동이 억제되었기 때문으로 판단된다.
시간이 지나면서 용출 농도는 점차 감소하였고 9일(9년) 후 용줄 농도는 0。05 mg/L로 실험기간 22일(22년) 동안 일정하게 유지되었다. 실험기간 동안 총 용출율은 0% , 1% M, 3% M, 3% S시 각각 3.6%, 1.22%, 0.71%, 1.15%로 3% M<3% S<1% M<0% 순으로 나타났다.

후속연구

따라서 본 연구의 안정화 기법을 이용한다면 pH특성 및 다양한 토양 특성을 맞추고 보다 안전한 안정화 기술을 기대할 수 있으리라 판단된다.
이상의 결과 3%의 슬러지와 오염토양을 완전 혼합 시 안정화 효율이 제일 좋은 것으로 나타나 향후 중금속으로 오염된 토양을 안정화 처리 시 참고적인 데이터로 효율적으로 사용 될 것으로 사료된다.

참고문헌 (10)

Bereket G., Aroguz A. Z., Ozel M. Z., 1997, Removal of Pb, Cu, and Zn from aqueous solutions by adsorption on bentonite, Colloid and Interface Science, 187, 338-343

상세보기
Chao T. T., 1972, Selective dissolution of manganese oxides from soils and sediments with acidified hydroxylamine hydrochloride, Soil. Sci. Soc. Am. Proc., 36, 764-768

상세보기
Yong R. N., Warkentin B. P., Phadungchewith Y., Galvez R., 1990, Nuffer capacity and lead retention in some clay materials, Water. Air, and Soil Pollution, 53, 53-67

상세보기
Yong R. N., Phadungchewith Y., 1993, pH influence on selectivity and retention of heavy metals in some clay soils, Canadian Geotechnical, 30, 821-523

상세보기
Yong R. N., MacDonald E. M., 1998, Influence of pH metal concentration, and soil component removal on retention of Pb and Cu by an illitic soil, adsorption of metals by geomedia. Edited by Everett A. Academic Press, 229-253
Abioy O. F., Lena Q. Ma., 2006, Using phosphate rock to immobilize metals in soil and increase arsenic uptake by hyperaccumulator Pteris vittata, Science of the Total Environment, 359, 17-25

상세보기
John Y., David E. M., Stan W. C., Robert W. B., 2001, Lead immobilization using phosphoric acid in a smelter- contaminated. urban soil, Environ. Sci. Technol, 35, 3553-3559

상세보기
Sneddon I. R., Orueetxebarria M., Hodson M. E., Schofield P. F., Valsami-Jones E., 2006, Use of bone meal amendments to immobilise Pb, Zn and Cd in soil: A leaching column study, Environmental pollution, 144, 816-825

상세보기
Dimitris D., Meng X. G., 2003, Utilization of fly for stabilization/solidification of heavy metal contaminated soils, Engineering Geology, 70, 377·394

상세보기
Xinchao W., Roger C., Viadero Jr., Bhojappa S., 2008, Phosphorus removal by acid mine drainage sludge from secondary effluents of municipal wastewater treatment plants, Water Research, 42, 3275-3284

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증