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문제 정의
- 공법을 적용하였다. 또한 소석회를 기반으로 한 여러 안정화제를 혼합 이용하여 비소오염 토양의 적정 처리방안을 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서 비소로 오염된 토양에 함유된 비소를 안정화시키기 위하여 4종류의 안정화제를 이용 처리하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 안정화 처리에 사용된 오염토는 약알칼리성을 띄고 있으며, 입도분포 결과 사토계열이였고 57.
제안 방법
- 분석하였다. 그리고 X선형광분석기(XRF, ZSXIOOe, Rigaku)를 이용하여 시료에 1차 X선을 조사하여 발생하는 형광 X선을 보통 분광결정에 의하여 분광하여, 그 강도를 검출기로 측정함으로써 정성 및 정량분석을 하였다.
- 본 연구에서는 비소로 오염된 토양의 물라화학적 특성을 분석하고, 비소오염 토양에 소석회 [Ca(OH)2], 포틀랜드 시멘트, FeCly6H2O, NaOH를 다양한 안정화제로 사용하여 고형화/안정화 공법을 적용하였다. 또한 소석회를 기반으로 한 여러 안정화제를 혼합 이용하여 비소오염 토양의 적정 처리방안을 제시하고자 하였다.
- 각각의 안정화제에 대한 자세한 안정화 처리 실험방법을 Table 1에 나타내었다. 분석은 동일 시료를 3개를 취하여 1일 건조 후 토양오염공정시험기준에 따라 비소의 용출농도와 pH를 측정하였다. 측정 값은 3개의 평균값을 취하였으며 각각의 오차범위는 10% 이내로 하여 표준편차를 오차막대로 그래프에 표기하였다.
- 비소 전함량 농도는 실험관에 100 mesh로 체걸음한 분석용 시료 0.25 g의 무게를 정밀히 취하여 넣고 질산 1 mL 와 염산 3 mL를 넣어 70℃에서 1시간 용출시킨 후 증류수 6 mL를 넣어 희석시켜 파라필름으로 밀봉하여 토양 시료가 잘 섞이도록 와류하여 일정시간 후 5 mL 주사기를 이용하여 상등액을 취해 여과한 후 유도결합플라즈마분광계(Optima 7000DV, PerkinElmer)를 이용하여 분석하였다.
- 우리나라 토양오염공정시 험기준(MOE, 2002) 에 따라 그늘진 곳에서 자연건조 후' 눈금간격 2 nun(10 mesh) 의 표준체를 통과한 토양을 균일하게 혼합하여 분석용 시료로 사용하였다. 비소오염토양의 물라화학적 특성을 분석하기 위하여 토양오염공정시험기준에 따라 비소용출농도, 비소 전함량 농도, pH, 수분함량, 총유기탄소함량, 입도분석, X 선형광분석기로 정성 및 정량 분석을 측정하였다.
- 측정 값은 3개의 평균값을 취하였으며 각각의 오차범위는 10% 이내로 하여 표준편차를 오차막대로 그래프에 표기하였다. 실험결과를 바탕으로 안정화효율이 높은 샘플을 선정하여 연속추출실험을 실시하였다.
- 입도분석은 질량입도분석기(PSA, Sedigraph 5100)를 이용하여 측정하였고 총유기탄소(Total organic carbon, TOC)함량은 연소산화법을 이용하여 총탄소(TC)와 무기탄소 (IC)량을 각각 구한 후 총유기탄소를 산정하는 것으로 고체시료 분석기인 TOC-SSM을 사용하여 시료 중 총유기탄소량을 분석하였다. 그리고 X선형광분석기(XRF, ZSXIOOe, Rigaku)를 이용하여 시료에 1차 X선을 조사하여 발생하는 형광 X선을 보통 분광결정에 의하여 분광하여, 그 강도를 검출기로 측정함으로써 정성 및 정량분석을 하였다.
- 토양 내 비소의 용출농도는 100 mL삼각플라스크에 분석용 시료 10 g 과 IN HC1 30 mL를 넣고 항온수평 진탕기(LS3 045S, Labtech)를 30℃로 유지하며 100 rpm으로 30분간 진탕한 후 5B 여지로 여과하여 여액을 ICP-OES로 분석하였다. 비소 전함량 농도는 실험관에 100 mesh로 체걸음한 분석용 시료 0.
- 토양과 안정화제 혼합시료와 물의 혼합비는 1:0.3(수분함량 30%)으로 하여 28일 동안 습윤양생 시켰다. 각각의 안정화제에 대한 자세한 안정화 처리 실험방법을 Table 1에 나타내었다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 시료는 전남 광양시 광양읍에서 채취한 비소 오염 토양을 대상 시료로 선정하였고 오.염토양 채취지점은 지적법 제5조 1항의 규정에 의한 공장 용지이므로, "나, 기준(20 ㎎/㎏, 2010년부터 3개 지역으로 변경 시행)을 고려하여 진행하였다.
- 염토양 채취지점은 지적법 제5조 1항의 규정에 의한 공장 용지이므로, "나, 기준(20 ㎎/㎏, 2010년부터 3개 지역으로 변경 시행)을 고려하여 진행하였다. 우리나라 토양오염공정시 험기준(MOE, 2002) 에 따라 그늘진 곳에서 자연건조 후' 눈금간격 2 nun(10 mesh) 의 표준체를 통과한 토양을 균일하게 혼합하여 분석용 시료로 사용하였다. 비소오염토양의 물라화학적 특성을 분석하기 위하여 토양오염공정시험기준에 따라 비소용출농도, 비소 전함량 농도, pH, 수분함량, 총유기탄소함량, 입도분석, X 선형광분석기로 정성 및 정량 분석을 측정하였다.
데이터처리
- 분석은 동일 시료를 3개를 취하여 1일 건조 후 토양오염공정시험기준에 따라 비소의 용출농도와 pH를 측정하였다. 측정 값은 3개의 평균값을 취하였으며 각각의 오차범위는 10% 이내로 하여 표준편차를 오차막대로 그래프에 표기하였다. 실험결과를 바탕으로 안정화효율이 높은 샘플을 선정하여 연속추출실험을 실시하였다.
이론/모형
- 분석하기 위해 Wenzel et al.(2001)의 빙법에 따라 비특이적 흡착, 특이적 흡착, 무정형 및 비결정형 철/알루미늄 수산화물, 결정형 철 및 알루미늄 수신화물 잔류태 등 5가지 형태로 추출하였다. 자세한 비소 존재형태별 분석방법은 Table 2에 나타내었다.
- 평가 되었다. 그러나 본 연구에서는 안정화 효율 평가를 TCLP가 아닌 국내의 토양오염공정시험기준 (2009년 기준, 2010년부터 함량법으로 변경 시행)에 따라 IN HC1 추출을 사용하여 평가하였다. 이는 IN HC1 에 의한 비소 용출이 TCLP보다 pH가 매우 낮은 강산성 추출 조건에서 이루어지므로, 이 조건에서 안정화 효율이 좋다면 현재 국외에서 쓰이는 어떤 평가 기준에도 적합할 것으로 판단되기 때문이다.
- 외에서 사용하는 토양내 비소처리방법으로 토양세척법, 토양세정법 등이 주로 사용되고 있으나 이러한 방법들에 의한 처리시 첨가되는 약품의 소모가 과도하며, 세척 폐액 내에 다량의 비소가 존재하여 2차 처리에 많은 비용이 소모될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 단점들을 보완하기 위해 고형화/안정화 공법을 선택하였다(Kim et al., 2005; Legiec et al., 1997).
성능/효과
- 또한 무정형 및 비결정형 철/알루미늄 수산화물 함량이 처리 후 현저하게 줄었으며 잔류태는 현저한 증가를 보였다. 결론적으로 안정화 처리 후 잔류태 함량이 모든 존재 형태 중에서 가장 많이 나타났으며 이는 소석회와 시멘트 혼합 안정화 처리 후 용해도가 아주 낮은 불용성 물질들인 Ca-As 침전물질, 포졸란 반응 물질 등이 형성되어 본 연구에서 적용된 IN HC1 추출 조건에서도 어느 정도 견딜 수 있어 안정화 기작에 기여한 것으로 판단된다. 이는 기존 논문 (Moon 아 al.
- 3wt% 이상으로 매우 효과적이었으며, 소석회와 NaOH의 총함량이 35wt% 이상인 경우 모두 시료들에서 비소 농도가 토양오염우려기준보다 닞게 나타났다. 그러나 총 함량이 30wt% 일때는 토양오염 우려 기준보다 높은 비소 농도가 나타나 소석회와 시멘트 혼합 안정화 처리 보다 효율이 떨어짐을 알 수 있었다. 이는 NaOH로 인한 pH의 상승은 안정화 기작에 큰 영향을 주지 못하고 비소 저감 효과에 제한적이며, 주요 반응은 소석회의 영향에 기인함을 알 수 있다.
- 46으로 단일 안정화제를 사용한 경우보다 높은 값을 보였다. 따라서 시 멘트와 소석회를 혼합할 경우 포졸란 반응 물질과 Ca-As 침전 물질이 모두 비소 고정화에 영향을 미쳐 인:정화제의 단독처리보다 높은 고정화 효율을 보인 것으로 판단된다.
- 여기에서 음이온인 +5가 비소가 SO4 대신에 치환고용 될 수 있다. 따라서 시멘트로 인한 비소오염토양의 안정화는 포졸란 반응 물질인 CSHs, CAHs, ettringite 등에 기인한다고 판단되나 기존 논문들에서 보고된 Ca-As 침전에 의한 비소농도 저감보다는 효과가 떨어진다고 판단된다. 따라서 소석회오? 포틀랜드 시멘트를 각각 처리했을 때 소석회를 사용한 경우가 시멘트를 사용했을 때 보다 더 높은 비소 저감효과를 보여주었다.
- 88% 로 전환 되었다. 또한 무정형 및 비결정형 철/알루미늄 수산화물 함량이 처리 후 현저하게 줄었으며 잔류태는 현저한 증가를 보였다. 결론적으로 안정화 처리 후 잔류태 함량이 모든 존재 형태 중에서 가장 많이 나타났으며 이는 소석회와 시멘트 혼합 안정화 처리 후 용해도가 아주 낮은 불용성 물질들인 Ca-As 침전물질, 포졸란 반응 물질 등이 형성되어 본 연구에서 적용된 IN HC1 추출 조건에서도 어느 정도 견딜 수 있어 안정화 기작에 기여한 것으로 판단된다.
- 4%, 68%의 비소 용출저감을 보인 것이나 '나, 지역 토양오염우려기준(20 ㎎/㎏)보다는 매우 높았다. 또한, 용출농도에 대한 IN HC1 추출 pH를 측정한 결과 소석회 처리는 0.09-2.22, 시멘트 처리는0.09~1.22 사이로 매우 강한 산성을 띄었으나, 소석회 처리 경우가 시멘트 처리 보다 산 중화 능력이 뛰어나 같은 함량으로 처리 시소 석회 처리가 더 높은 안정화 효율을 얻을 수 있다.
- 98로 알칼리성 토양이었다. 비소 오염 토양의 입도 분석 결과 모래 함량(73.37%)이 매우 높았으며 비소 오염 토양, 포틀랜드 시멘트, Ca(OH)2의 원소 정성 및 정량분석 결과, 비소오염토양은 SiO2 > AI2Q3 > Fe2O3, 포틀랜드 시멘트는 CaO > SiO2 > A12O3 순으로 높은 함량을 차지하였고 Ca(OH)2는 95%이상의 CaO를 보였다.
- 5에 나타내었다. 소석회 함량을 20% 이상으로하고 NaOH 함량을 5, 10wt%로 할 경우 단일 안정화제를 사용하였을 경우보다 저감율이 증가하였다. 특히, 소석회와 NaOH의 총 함량이 30~40wt% 일 때 앙, 생기간 28일 후 용출농도가 3.
- 2에 나타내었다. 소석회 함량이 25, 30wt% 일 때 양생시간 28일 후 용춘농노가 각각 117.98 ㎎/㎏, 36.28 ㎎/㎏으로 나타났다. 시멘트 함량이 25, 30wt% 일 때 28일 후 용출농도가 235.
- 안정화 실험 결과 소석회/포틀랜드시멘트 혼합 안정화 처리가 모든 안정화 처리와 비교 했을 때 현저한 우의를 보였으며 총 함량 30%로 토양오염 우려기준 20 ㎎/㎏(나' 지역)을 통과 하였다. 소석회/FeCIMHQ 혼합 이용시 효율적인 비소 저감효과를 기대할 수 없었으며 소석회/NaOH는 효과적이었으나 소석회/포틀랜드시멘트 보다는 효율성이 제한적 이였다. 소석히/포틀랜드시멘트 혼합 안정화 처리 후 연속추출 결과는 처리 전 오염토와 비교했을 때 특이적 흡착과 잔류태의 증가를 보였다.
- 소석회에 FeCIMHzO를 혼합한 안정화 처리한 결과 소석회 함량이 20%, 25%이고 FeCl3-6H2O 함량이 각각 1%와 5% 일 때 양생기간 7일 후 용출농도가 225.48 ㎎/㎏, 225.33 ㎎/㎏으로 제거효율 52%로 낮은 효율을 보였으며, 소석회함링=이 30%, FeC13-6H2O 함링=이 5% 일 때 126.5 ㎎/㎏으로 제거효율이 80%로 총 함량비가 30% 이하일 때보다 높았지만 토양오염우려기준에는 크게 미치지 못했다. 용출농도에 대한 pH는 0.
- 소석회/FeCIMHQ 혼합 이용시 효율적인 비소 저감효과를 기대할 수 없었으며 소석회/NaOH는 효과적이었으나 소석회/포틀랜드시멘트 보다는 효율성이 제한적 이였다. 소석히/포틀랜드시멘트 혼합 안정화 처리 후 연속추출 결과는 처리 전 오염토와 비교했을 때 특이적 흡착과 잔류태의 증가를 보였다. 특히 25wt%+10wt% 처리 시료에서 잔류태의 증가는 2배가 넘어(16%에서 35.
- 28 ㎎/㎏으로 나타났다. 시멘트 함량이 25, 30wt% 일 때 28일 후 용출농도가 235.17 ㎎/㎏z 206.48 ㎎/㎏였다; 이는 소석회와 시멘트를 30wt% 처리 시 각각 94.4%, 68%의 비소 용출저감을 보인 것이나 '나, 지역 토양오염우려기준(20 ㎎/㎏)보다는 매우 높았다. 또한, 용출농도에 대한 IN HC1 추출 pH를 측정한 결과 소석회 처리는 0.
- 5%의 비소가 무정형 및 비결정형 철/알루미늄 수산화물형태로 존재했다. 안정화 실험 결과 소석회/포틀랜드시멘트 혼합 안정화 처리가 모든 안정화 처리와 비교 했을 때 현저한 우의를 보였으며 총 함량 30%로 토양오염 우려기준 20 ㎎/㎏(나' 지역)을 통과 하였다. 소석회/FeCIMHQ 혼합 이용시 효율적인 비소 저감효과를 기대할 수 없었으며 소석회/NaOH는 효과적이었으나 소석회/포틀랜드시멘트 보다는 효율성이 제한적 이였다.
- 6에 나타내었다. 특이적 흡착은 처리 전 오염 토양 시료에서 9.15%였으나 처리 후 소석회와 시멘트 혼합 함량 25wt%+5wt%에서 16.25%와 25wt%+10wt%에서 14.88% 로 전환 되었다. 또한 무정형 및 비결정형 철/알루미늄 수산화물 함량이 처리 후 현저하게 줄었으며 잔류태는 현저한 증가를 보였다.
- 소석히/포틀랜드시멘트 혼합 안정화 처리 후 연속추출 결과는 처리 전 오염토와 비교했을 때 특이적 흡착과 잔류태의 증가를 보였다. 특히 25wt%+10wt% 처리 시료에서 잔류태의 증가는 2배가 넘어(16%에서 35.7%) 매우 안정적인 비소 존재 형태를 보여 비소 용출농도 저감에 현저하게 기여한 것으로 판단된다.
- 소석회 함량을 20% 이상으로하고 NaOH 함량을 5, 10wt%로 할 경우 단일 안정화제를 사용하였을 경우보다 저감율이 증가하였다. 특히, 소석회와 NaOH의 총 함량이 30~40wt% 일 때 앙, 생기간 28일 후 용출농도가 3.99-42.85 ㎎/㎏으로 제거효율이 93.3wt% 이상으로 매우 효과적이었으며, 소석회와 NaOH의 총함량이 35wt% 이상인 경우 모두 시료들에서 비소 농도가 토양오염우려기준보다 닞게 나타났다. 그러나 총 함량이 30wt% 일때는 토양오염 우려 기준보다 높은 비소 농도가 나타나 소석회와 시멘트 혼합 안정화 처리 보다 효율이 떨어짐을 알 수 있었다.
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