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문제 정의
- 유럽이나 미국에서는 철과 망간의 오염물을 제거하기 위하여 화학적 제거기법의 하나로 산소화된 물을 주입하여 관정 주변을 산화상태로 만들어 철과 망간을 제거하는、Wredox의기법을 이용하고 있다. 본 연구에서는 우물 개량 방법으로서 서지 블록(Su零 block) 및 에어 서징(AM singing) 기법을적용하여 관정 주변의 투수성 및 통기성을 높이고 산화 상태를 제공함으로써 산소화된 물을 주입하는 효과를 발생시키는지 평가하고자 하였으며 이로부터 본 지역에서의 Vyredox 기법의 적용 가능성을 검토하고자 한다.
- 본 연구에서는 창녕 길곡면 증산지역에서 우물 개량에 적용된 서지블록과 에어서징시 수행된 철망간 농도 측정값과 슬라임 시료 분석으로부터 철과 망간 제거 효율을 검토해 봄으로써, 서징기법에 의한 용존 철과 망간 제거효율 연구를 수행하였다. 또한 서징에 의한 철과 망간 제거기작과 이에 따른 주변 수질변화에 대하여 분석하였다.
제안 방법
- 2009년 4월 23일부터 5월 8일에 걸쳐 양수정에서 실시된 서지블록과 에어서징에 따른 철과 망간의 이온 농도변화 및 슬라임의 변화를 보기 위하여, 12회차 서징을기준으로 이전과 이후 2차례에 나누어서 변화를 분석하였다. 아울러 서징에 따른 슬라임의 양, 수위 회복속도, 철과 망간 농도, 산화물로부터의 상관 관계 등의 경험식을도출하였다 (Fig.
- 시료를 단계별로 획득하였다. X-선 회절분석은네덜란드 PHILLIPS사의 XPert=MPD System(부경대학교공동실험실습관)으로 Cu-Ka을 이용하였으며, 가속전압 40 kV 전류는 30 mA의 조건에서 분석되었다. X-ti 회절분석은 입자가 작은 광물들을 식별하는데 효과적인 분석 방법으로, 슬라임 내의 침전물의 존재 형태를 파악하기 위하여 실시하였다.
- 주성분 원소 측정을 위하여 일본SHIMADZU사의 XRF-1700기종의 X-선 분석을 실시하였으며 전압 40 W 전류 95 mA의 조건에서 수행되었다. X선에 의해 각각의 원소들에서 발생되는 이차 형광 X- 선을 분광시켜 검출되는 X선의 파장과 강도에 따라 원소를 정성적 및 정량적으로 분석한다.
- 이때 서지블록은 약 60분~100분간 지속적으로 수행하였으며 느린 속도로부터 빠른 속도로 변화를 주어 실시하였다. 그리고 침전된 슬라임 잔존물은 약 1시간에 걸쳐 에어서 징을 통하여 빆:으로 배출시켰으며, 서징시 양수정과 관측정에서 현장 수질분석과 수질 시료 채취를 실시하였다..
- 이와 같이 채취된 시료는ICP-OES (Perkin Elmer사의 Optima 5300DV) 및 IC(Dionex사의 DX400)을 이용하여 양이온 및 음이온 분석을 실시하였다. 또한 서징에 따른 슬라임(산화물)을 채취하여 X-Ray 회절분석(XRD)과 XRF 분석으로 침전물의광물조성 및 성분을 분석하였디, . 에어서징에 의한 산소 분사로 슬라임을 밖으로 제거한 후에는, 최저로 내려간 양수 관정 내 지히수위가 지하 6m 심도끼지 회복되는 과정의 회복 시간과 수위를 측정하였다.
- 연구를 수행하였다. 또한 서징에 의한 철과 망간 제거기작과 이에 따른 주변 수질변화에 대하여 분석하였다.
- 위하여 양수정에서의 서징시 침전된 슬라임의광물조성 분석을 위하여 6회에 걸쳐 채취하고 분말 시료에 대하여 3-50° 26 구간에서 X-my(XRD)로 분석하였다. 또한 슬라임에 함유된 광물의 결정구조를 분석하였으며, 이때 슬라임내 광물조성 비율은 1회 시료에서 석영, 조장석, 미사장석, 2회 시료분석에서는 석영, 조장석, 정장석, 백운모, 3~4회 시료분석에서는 석영, 조장석, 5~6회 시료에서는 석영, 조장석, 정장석의 순으로 나타났다(Fig. 9 및 Fig. 10). 여기에서 3회 이후는 Table 1의12회차 이후 서징 기간 동안의 시료에 해당한다.
- 서징과정에서의 Fe와 Mn 이온의 침전 기작 및 작용을 파악하기 위하여 양수정에서의 서징시 침전된 슬라임의광물조성 분석을 위하여 6회에 걸쳐 채취하고 분말 시료에 대하여 3-50° 26 구간에서 X-my(XRD)로 분석하였다. 또한 슬라임에 함유된 광물의 결정구조를 분석하였으며, 이때 슬라임내 광물조성 비율은 1회 시료에서 석영, 조장석, 미사장석, 2회 시료분석에서는 석영, 조장석, 정장석, 백운모, 3~4회 시료분석에서는 석영, 조장석, 5~6회 시료에서는 석영, 조장석, 정장석의 순으로 나타났다(Fig.
- 슬라임(침전물)의 광물조성 및 주성분 원소를 측정하기 위하여 화학분석을 실시하였는데 , 서지블록과 에어서징시발생된 시료를 단계별로 획득하였다. X-선 회절분석은네덜란드 PHILLIPS사의 XPert=MPD System(부경대학교공동실험실습관)으로 Cu-Ka을 이용하였으며, 가속전압 40 kV 전류는 30 mA의 조건에서 분석되었다.
- 아울러 서징에 따른 슬라임의 양, 수위 회복속도, 철과 망간 농도, 산화물로부터의 상관 관계 등의 경험식을도출하였다 (Fig. 12).
- 또한 서징에 따른 슬라임(산화물)을 채취하여 X-Ray 회절분석(XRD)과 XRF 분석으로 침전물의광물조성 및 성분을 분석하였디, . 에어서징에 의한 산소 분사로 슬라임을 밖으로 제거한 후에는, 최저로 내려간 양수 관정 내 지히수위가 지하 6m 심도끼지 회복되는 과정의 회복 시간과 수위를 측정하였다. 한편, 철망간은 산소와 반응성이 큰 이온이므로 전처리 과정에서 산화되기 쉽기 때문에 현장에서 이온상태로 존재하는 철망간의 용존된농도를 분석하였다.
- 우물개량 방법으로서 서지블록을 실시하여 주변 대수층 내 모래자갈층을 재배열한 후 공 바닥에 침전된 슬라임을 에어서징에 의하여 밖으로 제거하는 과정을 수행하였다. 에어서징 후 지하수위 회복 시간을 측정한 결과는 Table 1과 같다.
- 이때 양수정에서는 수중모터펌프를 통하여 배줄되는물로 부터 시료를 채취하였고, 관측정(OB-3, 6, NB-1, 2)에서는 베일러를 이용하였다. 이와 같이 채취된 시료는ICP-OES (Perkin Elmer사의 Optima 5300DV) 및 IC(Dionex사의 DX400)을 이용하여 양이온 및 음이온 분석을 실시하였다. 또한 서징에 따른 슬라임(산화물)을 채취하여 X-Ray 회절분석(XRD)과 XRF 분석으로 침전물의광물조성 및 성분을 분석하였디, .
- X-ti 회절분석은 입자가 작은 광물들을 식별하는데 효과적인 분석 방법으로, 슬라임 내의 침전물의 존재 형태를 파악하기 위하여 실시하였다. 주성분 원소 측정을 위하여 일본SHIMADZU사의 XRF-1700기종의 X-선 분석을 실시하였으며 전압 40 W 전류 95 mA의 조건에서 수행되었다. X선에 의해 각각의 원소들에서 발생되는 이차 형광 X- 선을 분광시켜 검출되는 X선의 파장과 강도에 따라 원소를 정성적 및 정량적으로 분석한다.
- 전체적으로 우물 개량 작업이 진행되면서 슬라임의 양이 줄어들고 지하수위 회복시간이 빨라지고 있음을 알 수 있다. 한편, 에어서징을 실시하는 기간 동안에 양수관정 인근 2 m 이격 거리에서 2개의 관측정을굴착(NB-1:4월24일 15:00-28일 18 :00, NB-2:4월29일 05:(X)~30일 05:00)하였으며, 이때 관측정 NB®의 굴착으로 인한 지층의 교란으로 지하수위 회복시간이 느려지는 현상을 서징 9 및 10회에서 알 수 있다. (Fig.
- 에어서징에 의한 산소 분사로 슬라임을 밖으로 제거한 후에는, 최저로 내려간 양수 관정 내 지히수위가 지하 6m 심도끼지 회복되는 과정의 회복 시간과 수위를 측정하였다. 한편, 철망간은 산소와 반응성이 큰 이온이므로 전처리 과정에서 산화되기 쉽기 때문에 현장에서 이온상태로 존재하는 철망간의 용존된농도를 분석하였다. 이와 같이 fe, Feg, , Mn세 대한 현장 수질분석은 독일 Hack사의 DR-2800을 이용하였다.
대상 데이터
- 본 시험을 위하여 양수정 1개소, 관측정 10개소가 굴착되었으며(Fig. 2), 양수정 1개소를 대상으로 약 16일간 총 16회(200년 4월 23일부터 5월 8일)에 걸쳐 서지블록과 에어서징이 수행되었으며 , 서지블록과 에어서징의 동시 시험은 6회부터 실시되었다. 서지블록은 Fig.
- 본 연구 지역은 행정구역상으로 경상남도 창녕군 길곡면 증산리에 해당되며, 낙동강을 경계로 남측에 창원시와 함안군이 위치한다. 본 연구지역의 충적층은 동서 방향으로 약 4km, 남북 방향으로 약 2km의 크기로 분포하며, 수계 형태는 동서 방향의 낙동강에 길곡천, 마천천, 온정 천이 북측에서 남측으로 유입되는 형상이다.
- 위치한다. 본 연구지역의 충적층은 동서 방향으로 약 4km, 남북 방향으로 약 2km의 크기로 분포하며, 수계 형태는 동서 방향의 낙동강에 길곡천, 마천천, 온정 천이 북측에서 남측으로 유입되는 형상이다. 특히, 길곡천의 경우에 과거 항공사진에 따르면 상류의 상길 저수지로부터 약 3 km 하류부에서 좁은 골짜기를 빠져 나오면서 선상지를 형성한 후, 본류 충적층을 통과하여 낙동강으로 유입되었던 것으로 나타난다.
- 시료를 채수하였다. 서징 7회는 서징에 따른 수질 변화 양상을 분석하기 위하여 양수정(PW-1)과 관측정 OB』~8호정에서 시료 채취하였다. 서징 마지막 16회에는 양수정을 중심으로 OB-3, 6호정 그리고 NB-1, 2호정을 선정하여 수질을 분석하였다(Fig.
- 서징 7회는 서징에 따른 수질 변화 양상을 분석하기 위하여 양수정(PW-1)과 관측정 OB』~8호정에서 시료 채취하였다. 서징 마지막 16회에는 양수정을 중심으로 OB-3, 6호정 그리고 NB-1, 2호정을 선정하여 수질을 분석하였다(Fig. 5). 본 지역 기반암은 셰일, 쳐어트질 암석 및 암회색의 아코스질 사암이 부분적으로 나타나고, 상부의 충적층은 실트질모래와 모래 자갈층으로서 이들 2종류의 분포대에 속하는 지하수수질의 유형을 Piper diagram에 도시하면 Fig.
- 서징에 따른 지하수 수질변화를 분석하기 위하여 서징 7회(2009년 4월 28일)과 16회(5월 8일)에 각각 지하수 시료를 채수하였다. 서징 7회는 서징에 따른 수질 변화 양상을 분석하기 위하여 양수정(PW-1)과 관측정 OB』~8호정에서 시료 채취하였다.
- 한편, 철망간은 산소와 반응성이 큰 이온이므로 전처리 과정에서 산화되기 쉽기 때문에 현장에서 이온상태로 존재하는 철망간의 용존된농도를 분석하였다. 이와 같이 fe, Feg, , Mn세 대한 현장 수질분석은 독일 Hack사의 DR-2800을 이용하였다.
이론/모형
- 슬라임내 화학성분 전 함량은 X-선 형광분석기를 이용하였으며, 이에 대한 각 원소별 농도(%)는 Table 3에정리하였다. 147fl(SiO2, A12O3, K2O, Na2O, Fe2O3, CaO, MgO, UO2, SO3, P2O5, WO3, MnO, SiO, #)의 성분 중에 SiCb와 #는 각각 79.
성능/효과
- 1) 우물개량은 양中관정 주변의 양호한 공극과 수리전도도 영역을 형성하는 것으로, 우물의 기능을 향상시키는데 목적이 있디、또한 다른 크기의 입자로 구성된미고결층 대수층을 개량하여 자연적인 자갈 충진력의 형성을 유도할 수 있다. 이러한 작업은 서징과정에 산소로- 포화된 물이 철과 망간을 산화물로 침전될 수 있도록 환경을 조성시키게 된다.
- lOmg/LS. 10배의 저감 효과를 보였다 (Fig. 12(c)).
- 슬라임내 화학성분 전 함량은 X-선 형광분석기를 이용하였으며, 이에 대한 각 원소별 농도(%)는 Table 3에정리하였다. 147fl(SiO2, A12O3, K2O, Na2O, Fe2O3, CaO, MgO, UO2, SO3, P2O5, WO3, MnO, SiO, #)의 성분 중에 SiCb와 #는 각각 79.1213-81.4345%, 9.7706-110110%의 범위로 매우 높게 나왔으며, 나머지 원소들은 5% 미만인 것으로 분석되었다. 그 중에서 철산화물旳。3)와 망간산화물(MnO)는 각각 1.
- 2) 서징시 지하수의 화학적 특성 변화를 파악하고자 2차례 화학분석을 실시한 결과, 양수관정 (PW-1)은 Ca- HCO3 유형, 관측정은 Ca-SQ»와 C*HCO3유형으로서일반적인 충적 지하수의 유형을 나타내어 서징에 따른 변화는 뚜렷하지 않다.
- 3) 수 일간의 서징 기간 동안 2차례에 걸친 지하 수질 및 산화물의 변화를 분석한 결괴“ 농도는 약 5~8배, F샹* 이온은 약 5배~9배, A勿2+이온은 약 2배의 저감 효과가 나타났으며, 산화물로서 철산화물(此点3)은 약 L2배, 망간산회물(MQ)은 1.0배에서 1.2배 정도 증가되는 것으로 나타나 이온농도의 감소 및 산화물의 형성이 잘 나타나고 있다.
- 7706-110110%의 범위로 매우 높게 나왔으며, 나머지 원소들은 5% 미만인 것으로 분석되었다. 그 중에서 철산화물旳。3)와 망간산화물(MnO)는 각각 1.4046-1.7052%, 0.0330~0.0483%의 범위를 보였다. 전체적으로 슬라임의 조성 광물은 Si。?가 매우 높게 나타났다.
- 특히 철과 망간은 우물 개량시 서징에 의하여 그 농도가 줄어들고 화학적인 특성 변화가 나타남을 확인할 수 있었다. 서징에 따른 철과 망간의 물리 화학적 환경은 공기 분사 횟수에 따라 크게 변화는 것으로 나타났으며. 서징에 의한 슬라임에서도 철과 망간 산화물이 변화를 보이는 것으로 분석되었다.
- 이상 서징괴정에서 서징블록의 횟수와 슬리임의 양 및 회복 시간, 수질변화 그리고 산화물 양의 변화 등을 분석한 결과 서징에 따른 지하수 및 슬라임내의 철과 망간의 산화물 농도 등이 철망간 제거의 물리화학적 기작과 밀접한 관련이 있음이 확인된디' 따라서, 연구지역에서 본 지역 강변여과수의 개발에 앞서 우물의 형성시 보다 체계적인 우물개량(서징)은 철과 망간 농도의 저감을 가져올 수 있는 것으로 평가된다. 물론, 서징에 띠른 수질분석 및 산화물 분석에서 많은 시료를 통한 연속 분석이다소 미흡하나, 서징에 따른 경과별 변화 경향에서 수질의 변화 및 침전물의 생성 반응을 어느 정도 파악하는 것이 가능하였다.
- 이온 성분은 황화광물의 산화가 Fe와 Mn의 산화환원반응에 직접적으로 영향을 미치거나 혼합된 상태로 나타나기도 한다. 이상 수질 분석결고I를 해석 해보면 양수정 (PW-1) 에서는 Ca-HCQ, 유형의 수질특성이 보이며, 관측정에서는 Ca-SQ와 Ca-HCO3 유형으로 일반적인 충적 지하수의 수질특성을 보이고 있다. 대수층의 지하수 수질은 Fe과 Mrfi] 다량 함유되어 있으나 서징 후에도 지하수의 주요 이온의 화학적 수질특성은 거의 변화가 없는 것으로 나타났다.
- 침전물과 석영은 서로 음전하를 띠기 때문에 흡착되지 않고 석영 고정상에 부유 및 안정적으로 통과하게 되거나 서징에 의해 일부 석영 입자와 함께 빠져 나온다. 이와 같이 우물개량 과정에서 尸e와 Mn 이온의 산화물로 형성되며, 조립질 토양에 의한 흡착제거 기작보다는 침전여과 기작에 의해 Fe와 AM 산화물이 생성되는 것으로 나타났다.
- 이와 함께, 양수정 주변 20m 이내에 위치한 4개의 관측정에서도 동일한 분석이 수행되었는데, Fig. 7과 같이 철은 2+에서 3+로 변환되면서 각각 F32O3의 철산 화물로 생성되고, 그 이후 유기탄소에 의해 망간이 산화되는 것으로 나타났다.
- 12(c)). 전체적으로 서징경과에 따른 철과 망간의 농도는 감소되었다.
- 에어서징 후 지하수위 회복 시간을 측정한 결과는 Table 1과 같다. 전체적으로 우물 개량 작업이 진행되면서 슬라임의 양이 줄어들고 지하수위 회복시간이 빨라지고 있음을 알 수 있다. 한편, 에어서징을 실시하는 기간 동안에 양수관정 인근 2 m 이격 거리에서 2개의 관측정을굴착(NB-1:4월24일 15:00-28일 18 :00, NB-2:4월29일 05:(X)~30일 05:00)하였으며, 이때 관측정 NB®의 굴착으로 인한 지층의 교란으로 지하수위 회복시간이 느려지는 현상을 서징 9 및 10회에서 알 수 있다.
- 있다. 특히 철과 망간은 우물 개량시 서징에 의하여 그 농도가 줄어들고 화학적인 특성 변화가 나타남을 확인할 수 있었다. 서징에 따른 철과 망간의 물리 화학적 환경은 공기 분사 횟수에 따라 크게 변화는 것으로 나타났으며.
후속연구
- 검토가 필요한 시점이다. 본 연구를 통하여 철과 망간의 현장 제거 기작이 적용될 수 있음을 알 수 있었으며 추후 현장 실증을 통한 Weedox 시스템의 개발은 수처리 비용을 절감할 수 있는 대안으로 가능할 것이라 본다.
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