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문제 정의
- , 2009). 본 연구에서는 석회석과 제강슬래그의 토양 내 비소 고정 효과를 배치 및 연속 칼럼 실험을 통하여 정량적으로 검증하였으며, 안정화제의 토양 내 비소 고정 기작을 이해하기 위하여 석회석과 제강슬래그와 반응하여 형성된 비소함유 침전물의 성상과 특성을 XRD, SEM-EDS 분석 등을 통하여 규명하였다.
- , 2008). 본 연구에서는 안정화제 첨가에 의한 토양 내 비소 제거 기작을 알아보기 위한 배치실험을 실시하였다. 증류수 30 ml 에 분말 석회석(또는 제강슬래그) 2g 과 아비산나트륨(sodium arsenite: NaAsO2) 2g 을 첨가한 후 상온 (20℃)에서 30rpm 으로 7일 동안 항온 진탕한 후 필터링 하였다.
- 증류수 30 ml 에 분말 석회석(또는 제강슬래그) 2g 과 아비산나트륨(sodium arsenite: NaAsO2) 2g 을 첨가한 후 상온 (20℃)에서 30rpm 으로 7일 동안 항온 진탕한 후 필터링 하였다. 필터지에 남아있는 침전물을 상온에서 48시간 건조시킨 후 SEM/EDS 분석을 실시하여 분석결과를 아비산 나트륨과 반응하기 전 안정화제의 SEM/EDS 분석결과와 비교하여 안정화제에 의한 비소 고정 기작을 규명하고자 하였다.
제안 방법
- 토양 시료의 입도 분석 결과를 토대로 미국농무성 (USDA)에서 제시한 토성삼각법 (soil texture triangle)으로 토성을 결정하였다. 2008년 토양공정시험법에 따라 토양 시료에 대하여 전처리 후 ICP/OES(Perkin Elmer, Optima 7500XL; 비소 분석의 경우 비소기화장치 추가) 를 이용하여 대표 오염 중금속인 카드뮴(Cd), 납(Pb), 구리(Cu), 아연(Zn), 비소(As) 분석을 실시하였다.
- 분말상의 안정화제를 각각의 비율로 오염 토양에 첨가한 혼합토(안정화제+오염토) 20 g 을 증류수 100 ml (1:5비율)와 혼합하여 20℃, 30rpm으로 1시간 동안 항온진탕시킨 후, 상등수를 채취하여 2000 rpm 으로 10분 원심분리 하였다. 5B 필터지를 통과한 상등수의 pH 를 측정하고 동시에 비소 기화 장치가 첨가된 ICP/OES 로 비소분석을 실시하였다. 안정화제를 첨가하지 않은 용출액의 비소 농도 대비 안정화제를 첨가한 혼합토로부터 용출한 비소 농도를 % 로 나타내어 안정화 효과(용출 저감 효과; stabilization efficiency)> 정량화하였다.
- 기업((주)에코마이스터)으로부터 구입한 입상 제강슬래그와 국내(강원도 영월)에서 산출되는 천연 석회석 (한일회사 제품)을 안정화제로 선정하였으며, 안정화제에 대한 기본적인 물성시험과 함께 XRF 분석을 실시하여 비소의 고정효과에 유용한 원소들의 함량을 파악하였다.
- 오염토양 대비 석회석과 제강슬래그의 첨가 비율은 각각 1, 3, 5%를 유지하였으며 석회석과 제강슬래그를 각각 1:1, 1:2, 2:1의 다양한 비율로 혼합한 혼합안정화제를 첨가한 배치실험도 실시하였다. 기존의 문헌을 참고하여 본 배치실험에서는 안정화제 +오염토(혼합토)와 증류수의 혼합 비율을 1:5 로 설정하였다(Lee et al., 2004; Lee et al., 2008). 실험 결과의 재현성을 위해 3회 반복 실험을 실시하여 표준편차가 10% 이내 인 결과들만을 적용하였으며, 반복 실험값의 산술평균을 최종 실험값으로 결정하였다.
- 따라서 본 실험에서는 대형 칼럼을 이용하여 인공강우에 의한 오염 토양으로부터의 비소 용출을 모사하였으며, 기존의 연구를 참고하여 안정화제를 이용하여 실제 오염 농경지 토양 복원에 적용할 수 있는 복토 및 객토(심경반토)법을 적용한 대형 칼럼 용출 실험을 실시하였다(Lee et al., 2008; Son et al., 2009). 배치 실험 결과로부터 비소 용출 저감 효과가 가장 좋은 석회석 2%+제강슬래그 1%(총 3% 안정화제 첨가)를 연속 용출 실험에 적용하였으며 현장 적용에 맞게 석회석과 제강슬래그는 입상(1-2 mm 직경)을 사용하였다.
- 배치 실험 결과로부터 비소 용출 저감 효과가 가장 좋은 석회석 2%+제강슬래그 1%(총 3% 안정화제 첨가)를 연속 용출 실험에 적용하였으며 현장 적용에 맞게 석회석과 제강슬래그는 입상(1-2 mm 직경)을 사용하였다. 배수 시스템 및 격자형의 하부 스크린이 설치된 직경 15 cm, 높이 100 cm, 두께 1cm의 아크릴 칼럼을 제작하였으며 컬럼 상부에 인공강우를 주입할 수 있는 스프링클러를 설치하였고, 하부에는 배출밸브를 설치하여 칼럼 내 오염토양으로 부터의 유출수가 배출될 수 있도록 하였다. 칼럼 내 주입수의 균일한 흐름을 위해 칼럼 최하부에 glass beads(직경 1mm)를 3 cm 높이로 충진한 후, 그 위에 안정화제와 혼합한 오염토(심경반토)를 30 cm 높이로 충진하였다.
- , 2009). 배치 실험 결과로부터 비소 용출 저감 효과가 가장 좋은 석회석 2%+제강슬래그 1%(총 3% 안정화제 첨가)를 연속 용출 실험에 적용하였으며 현장 적용에 맞게 석회석과 제강슬래그는 입상(1-2 mm 직경)을 사용하였다. 배수 시스템 및 격자형의 하부 스크린이 설치된 직경 15 cm, 높이 100 cm, 두께 1cm의 아크릴 칼럼을 제작하였으며 컬럼 상부에 인공강우를 주입할 수 있는 스프링클러를 설치하였고, 하부에는 배출밸브를 설치하여 칼럼 내 오염토양으로 부터의 유출수가 배출될 수 있도록 하였다.
- 충진한 혼합토 상부에 다시 glass beads 를 1 cm 높이로 충진하여 인공강우의 균일한 흐름을 유지하였으며 그 위에 복토(비오염토)를 30 cm 높이로 충진하였다. 복토 두께는「농지개량사업설계기준-경지정리편」 및 「경지정리사업편람」을 참조하여 30cm 로 결정하였다(MAP 1983). 안정화제를 첨가하지 않은 오염 토양을 이용한 실험의 경우, 비소 오염 토양을 칼럼 최하부 glass beads 층위에 30 cm 두께로 충진한 후 그 위에 다시 glass beads로 3 cm 충진하여(복토 없음) 칼럼 실험을 반복 실시하였다.
- 배치실험에 적용한 오염토양 대비 안정화제 비율을 Table 1에 나타내었다. 분말상의 안정화제를 각각의 비율로 오염 토양에 첨가한 혼합토(안정화제+오염토) 20 g 을 증류수 100 ml (1:5비율)와 혼합하여 20℃, 30rpm으로 1시간 동안 항온진탕시킨 후, 상등수를 채취하여 2000 rpm 으로 10분 원심분리 하였다. 5B 필터지를 통과한 상등수의 pH 를 측정하고 동시에 비소 기화 장치가 첨가된 ICP/OES 로 비소분석을 실시하였다.
- 채취한 토양시료는 암편과 불순물을 제거한 후 실내(20℃)에서 자연 건조하였으며, 기본적인 물리 화학적 특성(토양 pH, 토양입도분포, 토양유기물 함량, 주원소 성분 분석 등)을 측정하였다. 분말상태의 토양 시료(230 mesh 이하)를 유리비드(glass bead) 에성형한 후, X선 형광분석기(XRF: SHIMADZU-1700) 를 이용하여 주원소 성분 분석을 실시하였으며, Total Organic Carbon Analyzer(SHIMADZU, TOC-vcph) 를 이용해 토양시료의 총유기물(TOC: total organic carbon)함량을 측정하였다. 채취한 토양시료의 pH 및 EC 측정은 국내 토양공정시험법에 따라 실시하였으며, 토양 입도 분포량 측정은 200 mesh 이상의 경우 2UC 에서 24시간 동안 자연 건조 시킨 후 자동체분석기를사용하였고, 200mesh 이하의 silt 와 day 입자의 경우 Laser Diffraction Particle Size Analyzer(BECKMAN COULTER, LS 13320)를 이용하여 측정하였다.
- 안정화제 종류별 비소 용출 저감 효과를 규명하고 최적 안정화제 및 혼합비율을 선정하기 위해 배치 실험을 실시하였다. 채취한 토양 시료를 20P에서 자연 건조 시킨 후, 10 mesh 체로 체 거름하여 통과한 토양 시료(직경 2 mm 이하)를 대상으로 안정화제의 첨가 농도를 달리하여 배치실험을 실시하였다.
- 5B 필터지를 통과한 상등수의 pH 를 측정하고 동시에 비소 기화 장치가 첨가된 ICP/OES 로 비소분석을 실시하였다. 안정화제를 첨가하지 않은 용출액의 비소 농도 대비 안정화제를 첨가한 혼합토로부터 용출한 비소 농도를 % 로 나타내어 안정화 효과(용출 저감 효과; stabilization efficiency)> 정량화하였다.
- 배치실험에 사용된 안정화제는 약자사발을 이용하여 분쇄한 분말상 (powder)을 사용하였다. 오염토양 대비 석회석과 제강슬래그의 첨가 비율은 각각 1, 3, 5%를 유지하였으며 석회석과 제강슬래그를 각각 1:1, 1:2, 2:1의 다양한 비율로 혼합한 혼합안정화제를 첨가한 배치실험도 실시하였다. 기존의 문헌을 참고하여 본 배치실험에서는 안정화제 +오염토(혼합토)와 증류수의 혼합 비율을 1:5 로 설정하였다(Lee et al.
- 주입한 인공 강수량과 동일한 유출수를 칼럼 하부로부터 채취하여 용출수의 pH, EC, Eh 및 비소농도를 측정하였다. 인공 강우 주입과 배줄을 10회 반복하여(인공 강우 총 129 liter 주입) 매 회 마다 용출되는 비소 농도와 pH 및 Eh 값을 측정함으로써, 실제 오염 농경지에서 10년 동안 안정화 공법 적용에 의한 토양 내 비소 고정 효과(용출 저감 효과)를 규명하였다.
- 1 에 나타내었다. 인공강우를 주입하기 전 pH 6으로 적정한 증류수를 이용하여 토양을 포화(상향 주입 방식) 시켰으며, 24시간 정치시킨 후 실험을 실시하였다. 주입하는 인공강우의 양을 결정하기 위해 연구지역 주변의 지난 10년간 연평균 강수량인 1461.
- 인공강우를 주입하기 전 pH 6으로 적정한 증류수를 이용하여 토양을 포화(상향 주입 방식) 시켰으며, 24시간 정치시킨 후 실험을 실시하였다. 주입하는 인공강우의 양을 결정하기 위해 연구지역 주변의 지난 10년간 연평균 강수량인 1461.7 mm 를 기준으로 하여, 칼럼 상부 면적에 대하여 하부 토양으로 유입되는 강수량 비율을 최대 50%로 가정한 1년 평균 침투량인 12.9 liter 를 칼럼 상부로부터 스프링클러를 이용하여 lOOml/min 의 유속으로 주입하였다. 칼럼에 주입된 1회 인공 강수량은 칼럼 상부면의 면적을 고려하여 계산되었으며, 강우에 의해 실제 오염 농경지 토양으로 침투한 1년 총 유입수량을 의미한다.
- 칼럼에 주입된 1회 인공 강수량은 칼럼 상부면의 면적을 고려하여 계산되었으며, 강우에 의해 실제 오염 농경지 토양으로 침투한 1년 총 유입수량을 의미한다. 주입한 인공 강수량과 동일한 유출수를 칼럼 하부로부터 채취하여 용출수의 pH, EC, Eh 및 비소농도를 측정하였다. 인공 강우 주입과 배줄을 10회 반복하여(인공 강우 총 129 liter 주입) 매 회 마다 용출되는 비소 농도와 pH 및 Eh 값을 측정함으로써, 실제 오염 농경지에서 10년 동안 안정화 공법 적용에 의한 토양 내 비소 고정 효과(용출 저감 효과)를 규명하였다.
- 실시하였다. 채취한 토양 시료를 20P에서 자연 건조 시킨 후, 10 mesh 체로 체 거름하여 통과한 토양 시료(직경 2 mm 이하)를 대상으로 안정화제의 첨가 농도를 달리하여 배치실험을 실시하였다. 배치실험에 사용된 안정화제는 약자사발을 이용하여 분쇄한 분말상 (powder)을 사용하였다.
- 3)을 실험 대상으로 선정하여, 토양공정시험법의 토양 시료 채취 기준에 맞추어 표토와 심토를 혼합하여 약 50 kg 을 채취하였으며, 칼럼 실험의 복토재로 사용하기 위하여 오염 토양채취 지점에서 약 1km 떨어진 광산 활동과 관계가 없는 도로 절사면의 비 오염 토양 50 kg 을 추가로 채취하였다. 채취한 토양시료는 암편과 불순물을 제거한 후 실내(20℃)에서 자연 건조하였으며, 기본적인 물리 화학적 특성(토양 pH, 토양입도분포, 토양유기물 함량, 주원소 성분 분석 등)을 측정하였다. 분말상태의 토양 시료(230 mesh 이하)를 유리비드(glass bead) 에성형한 후, X선 형광분석기(XRF: SHIMADZU-1700) 를 이용하여 주원소 성분 분석을 실시하였으며, Total Organic Carbon Analyzer(SHIMADZU, TOC-vcph) 를 이용해 토양시료의 총유기물(TOC: total organic carbon)함량을 측정하였다.
- 안정화제를 첨가하지 않은 오염 토양을 이용한 실험의 경우, 비소 오염 토양을 칼럼 최하부 glass beads 층위에 30 cm 두께로 충진한 후 그 위에 다시 glass beads로 3 cm 충진하여(복토 없음) 칼럼 실험을 반복 실시하였다. 총 2개의 칼럼(안정화제를 첨가하지 않은 오염 토양 칼럼과 안정화제로 심경반토한 후 비오염토로 복토한 칼럼) 실험을 실시하였으며, 칼럼 실험 사진을 Fig. 1 에 나타내었다. 인공강우를 주입하기 전 pH 6으로 적정한 증류수를 이용하여 토양을 포화(상향 주입 방식) 시켰으며, 24시간 정치시킨 후 실험을 실시하였다.
- 배수 시스템 및 격자형의 하부 스크린이 설치된 직경 15 cm, 높이 100 cm, 두께 1cm의 아크릴 칼럼을 제작하였으며 컬럼 상부에 인공강우를 주입할 수 있는 스프링클러를 설치하였고, 하부에는 배출밸브를 설치하여 칼럼 내 오염토양으로 부터의 유출수가 배출될 수 있도록 하였다. 칼럼 내 주입수의 균일한 흐름을 위해 칼럼 최하부에 glass beads(직경 1mm)를 3 cm 높이로 충진한 후, 그 위에 안정화제와 혼합한 오염토(심경반토)를 30 cm 높이로 충진하였다. 충진한 혼합토 상부에 다시 glass beads 를 1 cm 높이로 충진하여 인공강우의 균일한 흐름을 유지하였으며 그 위에 복토(비오염토)를 30 cm 높이로 충진하였다.
- 토양 입도 분석 결과 미국농무성 분류에 의한 토성 (soil texture)은 'Sand(사토)' 에 해당되어 주로 사질 토양임을 알 수 있었다. 토양의 중금속 분석결과 As 농도가 토양오염 우려 기준치(가지역 :6㎎/㎏)를 약 2배 초과한 12.30 mg/kg었으며, As를 제외한 다른 중금속은 기준치 이하의 농도를 나타냄으로써 다른 중금속에 의한 오염은 거의 없는 것으로 나타나 본 연구에서는 As 용출 저감 효율에 초점을 맞추어 실험을 실시하였다.
대상 데이터
- 현장 토양오염 정밀조사 결과를 바탕으로 비소 농도가 토양오염 우려 기준치를 초과하는 전남 광양읍 초 남광산 하부 사곡리 밭토양(표토: N34°56'25.2/E127°37'42.5, 복토: N34°56'20.1/E127"37'51.3)을 실험 대상으로 선정하여, 토양공정시험법의 토양 시료 채취 기준에 맞추어 표토와 심토를 혼합하여 약 50 kg 을 채취하였으며, 칼럼 실험의 복토재로 사용하기 위하여 오염 토양채취 지점에서 약 1km 떨어진 광산 활동과 관계가 없는 도로 절사면의 비 오염 토양 50 kg 을 추가로 채취하였다. 채취한 토양시료는 암편과 불순물을 제거한 후 실내(20℃)에서 자연 건조하였으며, 기본적인 물리 화학적 특성(토양 pH, 토양입도분포, 토양유기물 함량, 주원소 성분 분석 등)을 측정하였다.
- 채취한 토양 시료를 20P에서 자연 건조 시킨 후, 10 mesh 체로 체 거름하여 통과한 토양 시료(직경 2 mm 이하)를 대상으로 안정화제의 첨가 농도를 달리하여 배치실험을 실시하였다. 배치실험에 사용된 안정화제는 약자사발을 이용하여 분쇄한 분말상 (powder)을 사용하였다. 오염토양 대비 석회석과 제강슬래그의 첨가 비율은 각각 1, 3, 5%를 유지하였으며 석회석과 제강슬래그를 각각 1:1, 1:2, 2:1의 다양한 비율로 혼합한 혼합안정화제를 첨가한 배치실험도 실시하였다.
데이터처리
- , 2008). 실험 결과의 재현성을 위해 3회 반복 실험을 실시하여 표준편차가 10% 이내 인 결과들만을 적용하였으며, 반복 실험값의 산술평균을 최종 실험값으로 결정하였다. 배치실험에 적용한 오염토양 대비 안정화제 비율을 Table 1에 나타내었다.
이론/모형
- 분말상태의 토양 시료(230 mesh 이하)를 유리비드(glass bead) 에성형한 후, X선 형광분석기(XRF: SHIMADZU-1700) 를 이용하여 주원소 성분 분석을 실시하였으며, Total Organic Carbon Analyzer(SHIMADZU, TOC-vcph) 를 이용해 토양시료의 총유기물(TOC: total organic carbon)함량을 측정하였다. 채취한 토양시료의 pH 및 EC 측정은 국내 토양공정시험법에 따라 실시하였으며, 토양 입도 분포량 측정은 200 mesh 이상의 경우 2UC 에서 24시간 동안 자연 건조 시킨 후 자동체분석기를사용하였고, 200mesh 이하의 silt 와 day 입자의 경우 Laser Diffraction Particle Size Analyzer(BECKMAN COULTER, LS 13320)를 이용하여 측정하였다. 토양 시료의 입도 분석 결과를 토대로 미국농무성 (USDA)에서 제시한 토성삼각법 (soil texture triangle)으로 토성을 결정하였다.
- 채취한 토양시료의 pH 및 EC 측정은 국내 토양공정시험법에 따라 실시하였으며, 토양 입도 분포량 측정은 200 mesh 이상의 경우 2UC 에서 24시간 동안 자연 건조 시킨 후 자동체분석기를사용하였고, 200mesh 이하의 silt 와 day 입자의 경우 Laser Diffraction Particle Size Analyzer(BECKMAN COULTER, LS 13320)를 이용하여 측정하였다. 토양 시료의 입도 분석 결과를 토대로 미국농무성 (USDA)에서 제시한 토성삼각법 (soil texture triangle)으로 토성을 결정하였다. 2008년 토양공정시험법에 따라 토양 시료에 대하여 전처리 후 ICP/OES(Perkin Elmer, Optima 7500XL; 비소 분석의 경우 비소기화장치 추가) 를 이용하여 대표 오염 중금속인 카드뮴(Cd), 납(Pb), 구리(Cu), 아연(Zn), 비소(As) 분석을 실시하였다.
성능/효과
- (1) 배치실험결과 석회석 3% 첨가에 의해 토양으로부터 비소 용출은 62% 감소하였고, 제강슬래그 3% 에 의해 52% 감소하였으며, 2% 석회석+1% 제강슬래그를 첨가한 경우에는 72% 감소하여 토양으로부터 비소 고정(안정화) 효과가 높은 것으로 나타났다.
- (2) 석회석과 제강슬래그의 경우 5% 첨가에 의해서도 토양 pH는 중성을 유지하는 것으로 나타나, 기존에 토양안정화제로 사용하였던 석회(CaO 와 Ca(OH)2) 의 단점인 토양 pH 증가를 억제하며 높은 비소 고정효과를 나타내는 안정화제로 현장에서 효과적으로 사용될 수 있음을 입증하였다.
- (3) 안정화제와 반응하여 새롭게 형성되는 2차 침전물들이 비소 고정을 일으키는 것으로 나타났으며 2차 침전물은 주로 CaCO3 의 재결정, 층상형의 포틀란다이트 (portlandite; (Ca(OH)2), 비산칼슘계열의 결정 (calcium-arsenite; Ca-As-O) 들인 것으루 확인되었다.
- 비소와 반응히기전 석회석은 전형적인 육방정계 마름모꼴(rhombohedron)의 방해석 결정형태를 나타내지만(Fig. 2(a)), 비소와 반응하여 형성된 침전물은 방해석 결정과 함께 추가로 판상의 층상구조를 가지는 2차 광물들임을 보여준다 (Fig. 2(b)).
- 안정화제를 첨가하지 않은 칼럼의 경우 오염토양으로부터 용출되는 용액의 비소 농도는 일 년 후 약 60 ㎍/L를 나타내었으며, 시간에 지남에 따라 약 50-80 gg/L 를 유지하였다. 2% 석회석 +1% 제강슬래그를 적용한 칼럼의 경우 용출액의 비소 농도는 1년 이내에 약 80% 이상 감소하였으며, 안정화제 첨가 후 10년 동안 지하수 생활용수 기준치 (50 μg/L) 보다 낮은 15 ㎍/L 내외를 유지함으로서, 석회석과 제강슬래그를 혼합한 안정화제가 매우 높은 비소 용출 저감 효과를 나타내었다.
- 오염토양으로부터 용출되는 비소 농도는 1% 석회석 첨가만으로도 50% 이상 감소되었으며 지하수 생활 용수기준치인 50 ㎍/L 보다 낮았다. 3%와 5% 석회석을 첨가한 오염 토양의 비소 용출농도는 각각 62, 67% 감소하였다. 제강슬래그를 첨가한 경우 3%와 5% 첨가에 의해 각각 52%와 63%의 비소 저감 효과가 나타났으며, 석회석과 제강슬래그를 혼합하여 첨가한 경우에는 석회석 2%+제강슬래그 1% 첨가 시 오염토의 비소 용출농도가 72% 감소하였다.
- XRF를이용한 토양시료 주성분 원소 분석 결과, SiO2가 전체의 53%, Al2O3 가 16%를 차지하였으며, Fe-산화물과 CaO 가 각각 6%와 4% 순으로 나타났다(Table 2).토양 시료의 총 유기 탄소량은 2%, EC 값은 196.
- 제강슬래그의 중금속 농도를 파악하기위하여 토양오염공정법에 의해 중금속 농도 분석을 실시한 결과 제강슬래그의 중금속 농도는 토양오염우려기준치보다 매우 낮은 것으로 나타나(Eble 3), 오염 토양의 안정화제로 제강슬래그를 사용하는 경우 중금속 용출에 의한 오염은 거의 없을 것으로 판단되었다. 대형 칼럼 실험에 사용된 복토(비오염토)의 이화학적 특성과 중금속 농도 분석 결과 비소농도는 0.07 ㎎/㎏ 으로 매우 낮았으며 다른 중금속 농도도 토양오염우려기준치보다 매우 낮은 것으로 나타나, 칼럼 실험을 위한 복토재로 적절한 것으로 나타났다.
- 6). 배출수의 EC 측정 결과, 안정화제를 첨가한 칼럼 용출액의 EC 값이 안정화제를 첨가하지 않은 오염토 칼럼 용출액 EC 보다 높은 값을 나타내어 첨가한 안정화제가 토양 내로 침투한 인공 강우에 의해 부분적으로 용해되고 있음을 알 수 있었다(Fig. 7). 안정화제를 첨가한 토양으로부터 용출되는 비소 형태를 알아보기 위해 각 칼럼 하부 배출수의 pH 및 Eh 값을 Eh-pH diagram(Welch et al.
- 제강슬래그를 첨가한 경우 3%와 5% 첨가에 의해 각각 52%와 63%의 비소 저감 효과가 나타났으며, 석회석과 제강슬래그를 혼합하여 첨가한 경우에는 석회석 2%+제강슬래그 1% 첨가 시 오염토의 비소 용출농도가 72% 감소하였다. 배치 실험 결과 석회석과 제강슬래그를 혼합하여 안정화제로 사용하는 것이 한 가지 물질만을 안정화제로 사용하는 경우보다 오염 토양의 비소 고정 효과가 더 높은 것으로 나타났다.
- 2(b)). 새롭게 형성된 판상형 광물들의 EDS 분석 결과 비소를 14% 함유하고 있는 것으로 나타나(Fig. 2(d)), 대부분의 비소 고정이 이러한 2차 광물(침전물) 의 형성에 의한 것임을 알 수 있었다.
- 3(d)). 석회석과 비소의 반응에 의해 형성된 침전물의 XRD 분석 결과로 부터 CaCO3 결정 외에 층상형의 포틀란다이트(portlandite; (Ca(0H)2), 비산칼슘계열의 결정(cakium-arsenite; Ca-As-O)체로 되어 있음을 확인하였으며 이는 기존 Moon et al. (2008)의 연구결과와도 일치한다.
- 석회석을 안정화제로 첨가한 오염토양의 배치 실험 결과 용출액의 pH는 6.6.-7.3 사이의 중성상태를 나타내어 석회석 첨가에 따른 기존 토양의 pH 변화는 크지 않았으며(Fig. 4), 이러한 결과는 기존 연구에서 석회를 안정화제로 첨가한 경우 토양의 pH가 급격히 증가하여 pH 11이상을 유지하는 것과 큰 차이를 나타내었다(Son et al., 2009). 제강슬래그의 경우에도 5% 첨가에 의해 용출액의 pH가 6.
- 7에 나타내었다. 실험 기간(10년 모델링 기간) 동안 안정화제를 적용한 칼럼 배출수의 pH는 6-7 사이를 유지하여 토양의 농경지 작물 재배 환경이나 주변 수계에 영향은 거의 없을 것으로 판단되었다(Fig. 6). 배출수의 EC 측정 결과, 안정화제를 첨가한 칼럼 용출액의 EC 값이 안정화제를 첨가하지 않은 오염토 칼럼 용출액 EC 보다 높은 값을 나타내어 첨가한 안정화제가 토양 내로 침투한 인공 강우에 의해 부분적으로 용해되고 있음을 알 수 있었다(Fig.
- 실험에서 사용한 제강슬래그와 석회석의 이화학적 특성과 주성분 원소 분석 결과 석회석의 경우 침전물 형성 시 비소 공침 효과가 높은 칼슘의 함량이 97% 를 차지하였으며, 제강슬래그의 경우 비소 용출 억제 효과가 있는 칼슘, 철, 알루미늄 및 마그네슘의 함량이 전체의 70% 이상을 차지하였다(Tible 2). 제강슬래그의 중금속 농도를 파악하기위하여 토양오염공정법에 의해 중금속 농도 분석을 실시한 결과 제강슬래그의 중금속 농도는 토양오염우려기준치보다 매우 낮은 것으로 나타나(Eble 3), 오염 토양의 안정화제로 제강슬래그를 사용하는 경우 중금속 용출에 의한 오염은 거의 없을 것으로 판단되었다.
- 7). 안정화제를 첨가한 토양으로부터 용출되는 비소 형태를 알아보기 위해 각 칼럼 하부 배출수의 pH 및 Eh 값을 Eh-pH diagram(Welch et al., 1988)에 도시하여 Eh-pH 환경에서 용출수에 존재하는 비소 상을 예측한 결과, 칼럼 내 오염 토양으로부터 용출되는 비소 상은 비교적 독성이 적은 음이온상태의 5가비소로 형성된 H2AsO4가 지배적이었으며(Fig. 8), 안정화제 첨가 후 9년 동안 용출액의 비소 상은 크게 변하지 않는 것으로 나타났다.
- 5에 나타내었다. 오염토양으로부터 용출되는 비소 농도는 1% 석회석 첨가만으로도 50% 이상 감소되었으며 지하수 생활 용수기준치인 50 ㎍/L 보다 낮았다. 3%와 5% 석회석을 첨가한 오염 토양의 비소 용출농도는 각각 62, 67% 감소하였다.
- 3%와 5% 석회석을 첨가한 오염 토양의 비소 용출농도는 각각 62, 67% 감소하였다. 제강슬래그를 첨가한 경우 3%와 5% 첨가에 의해 각각 52%와 63%의 비소 저감 효과가 나타났으며, 석회석과 제강슬래그를 혼합하여 첨가한 경우에는 석회석 2%+제강슬래그 1% 첨가 시 오염토의 비소 용출농도가 72% 감소하였다. 배치 실험 결과 석회석과 제강슬래그를 혼합하여 안정화제로 사용하는 것이 한 가지 물질만을 안정화제로 사용하는 경우보다 오염 토양의 비소 고정 효과가 더 높은 것으로 나타났다.
- 2(d)), 대부분의 비소 고정이 이러한 2차 광물(침전물) 의 형성에 의한 것임을 알 수 있었다. 제강슬래그의 경우 다양한 성분으로 구성되어 비소와 반응 전과 후에 특정한 광물 결정학적인 변화를 나타내지는 않으나 입자가 작은 결정들이 더 많이 나타나는 형태를 나타내며, 이 부분을 EDS 로 분석한 결과 비소가 2% 를차지하는 것으로 나타났다(Fig. 3(d)).
- , 2009). 제강슬래그의 경우에도 5% 첨가에 의해 용출액의 pH가 6.9 를 나타내어 석회석첨가에 의한 pH 변화와 유사한 것으로 나타나(Fig. 4), 석회석과 제강슬래그를 안정화제로 첨가하는 경우 기존의 석회 첨가에 의한 토양 pH 의 급격한 증가 현상이 나타나지 않아, 적절한 비소 용출 저감 효율을 나타낸다면 석회를 사용하는 것보다 토양 활용 측면에서 훨씬 유리할 것으로 판단되었다.
- 제강슬래그의 중금속 농도를 파악하기위하여 토양오염공정법에 의해 중금속 농도 분석을 실시한 결과 제강슬래그의 중금속 농도는 토양오염우려기준치보다 매우 낮은 것으로 나타나(Eble 3), 오염 토양의 안정화제로 제강슬래그를 사용하는 경우 중금속 용출에 의한 오염은 거의 없을 것으로 판단되었다. 대형 칼럼 실험에 사용된 복토(비오염토)의 이화학적 특성과 중금속 농도 분석 결과 비소농도는 0.
- XRF를이용한 토양시료 주성분 원소 분석 결과, SiO2가 전체의 53%, Al2O3 가 16%를 차지하였으며, Fe-산화물과 CaO 가 각각 6%와 4% 순으로 나타났다(Table 2).토양 시료의 총 유기 탄소량은 2%, EC 값은 196.3 pis, pH 값은 7.4를 나타내었다. 토양 입도 분석 결과 미국농무성 분류에 의한 토성 (soil texture)은 'Sand(사토)' 에 해당되어 주로 사질 토양임을 알 수 있었다.
- 4를 나타내었다. 토양 입도 분석 결과 미국농무성 분류에 의한 토성 (soil texture)은 'Sand(사토)' 에 해당되어 주로 사질 토양임을 알 수 있었다. 토양의 중금속 분석결과 As 농도가 토양오염 우려 기준치(가지역 :6㎎/㎏)를 약 2배 초과한 12.
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