선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구는 제강슬래그 뿐만 아니라 Pre-Red Mud 와 Bio-Solids 안정화제를 적용하였을 경우 토양수 및 침 출수의 처리효과 분석을 통해 토양안정화제로의 활용 가능성을 평가하면서 제강슬래그와의 효율성 등을 비교 분석하였다.
- 측면이 있다고 할 수 있다. 본 연구는 다양한 중금속 등으로 오염된 토양에서 폐기물로 발생되는 Pre-Red Mud 및 Bio-Solids을 1차 가공 처리하여 안정화제로 서의 활용 가능성을 평가하며 기존 현장에서 적용되고 있는 제강슬래그와의 효율을 비교분석하기 위해 수행하였다.
제안 방법
- 충분한 교반을 위해서 Water Bath 를 사용하였으며, 25℃, 180rpm의 상태로 운전하였다. 0에서 60시간까지 운전하였으며, 측정시간은 최초 2회는 6시간마다 측정하였고 12시간 이후부터는 12시간 단위로 측정하였다.
- X선 회절분석은 PANalytical사의 XRD (Model : X'pert pro)를 사용하였으며, 분석결과를 Figure 11에 나타내었다.
- 각 처리구별로 시험기간 동안 총 4회의 토양수와 침출수를 채취하여 대상오염지역의 주요 오염성분인 카드뮴 및 비소를 분석하였다.
- 바닥 기울기를 5%로 적용하여 각 처리구 토양 내 침출 수의 채취가 용이하도록 하였다. 또한, 안정화제 투입량은 현재 토양오염 현장에서 주로 사용되고 있는 제강슬래그 (PS Ball)의 투입율이 대부분 5% 이내이기 때문에 이와 비교하기 위하여 PS Ball과 Pre-Red Mud, Bio-Solids의 첨가 비율을 각각 1%, 3%, 5%로 하였으며, 각각의 실험 결과를 통해 안정화 효율을 비교 평가하였다.
- 시험장치는 가로:세로:높이를 30cm:30cm:100cm로 제작하였으며, 불투수성(합판) 재료로 기본틀을 제작하여 오염 토양에 안정화 처리재료를 혼합한 안정화층이 30cm 그리고 그 상부에 비오염토를 40cm 높이로 충분히 복토할 수 있도록 하였다.
- 실제 현장 오염토양에 3종류의 안정화제를 주입하여 적용하였을 때의 비소의 안정화 효율을 측정하기 위해 Pilot scale로 실험하였다.
- 실증시험 처리구를 설치한 후 4개월 동안 1개월에 1회씩 각 4개 처리구 내 안정화층하부로 배출되는 침출수를 총 4 회 채취하여 비소 및 중금속 성분을 분석하였다.
- 안정화제의 흡착효율을 알아보기 위해 20ppm의 비소 표준용액에 안정화제를 투입하여 Batch Test 를 실시하였다 (Figure 3). 20ppm의 비소 표준용액 500mL 를 대상으로 하였다.
- 오염토양 내 오염성분을 처리하기 위한 안정화제는 Figure 2와 같으며, 현재 안정화제로 대부분 사용되고 있는 제강슬래그(제철소에서 제강작업 시 발생되는 부산물) 와산업부산물로 발생하는 적니에 산처리를 통해 개질된 적니 (Pre-Red Mud), T사에서 제공한 유기성슬러지 고화물인 Bio-Solids를 선정하여 오염토양에 일정 비율로 혼합하여 비소 및 중금속 안정화 효과를 파악하였다.
- 카드뮴 및 비소 함량을 분석하였다. 이때 각 토양 수의 오염 정도는 Table 4에 나타낸 바와 같이 지하수 수질기준 (생활용수 및 농어업용수)과 비교하여 검토하였다.
- 사용하였다. 입자내 비소의 분포를 파악하기 위해 EDX-Scan 을 실시하여 입자 표면에서 비소의 분포를 확인하였다.
- 적니를 인산과 반응시키면서 pH 를 중성으로 맞추었으며, 백화현상을 방지하고 나트륨염계를 없애기 위해 2시간 동안 수열합성 반응시키고 여과하여 분말을 건조하였다. 실제 현장에 사용가능한 형태로 만들어 평가하기 위해 인산과 반응한 적니를 지름 0.
- 현재 토양오염 현장에서 주로 사용되고 있는 제강슬래그(PS Ball)의 투입율이 대부분 5% 이내이기 때문에 W/V%에 대한 효율을 비교평가하기 위해서 PS-Ball와 Pre-Red Mud, Bio-Solids를 각각 1%, 3%, 5% (무게로는 5g, 15g, 25g)을 투입하였다. 충분한 교반을 위해서 Water Bath 를 사용하였으며, 25℃, 180rpm의 상태로 운전하였다. 0에서 60시간까지 운전하였으며, 측정시간은 최초 2회는 6시간마다 측정하였고 12시간 이후부터는 12시간 단위로 측정하였다.
- 토양수의 경우에는 시험 여건상 지표에 가까운 채취 구에서는 시료채취 자체가 어려운 상황이 자주 발생함에 따라 채취 가능한 경우 시료를 채취하여 대상지역의 주요 오염성분인 카드뮴 및 비소 함량을 분석하였다. 이때 각 토양 수의 오염 정도는 Table 4에 나타낸 바와 같이 지하수 수질기준 (생활용수 및 농어업용수)과 비교하여 검토하였다.
- 토양시료의 형상을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰하였으며, 측정에 사용된 장비는 Topcon사 SEM (Model : ABT-150F)을 사용하였다. 입자내 비소의 분포를 파악하기 위해 EDX-Scan 을 실시하여 입자 표면에서 비소의 분포를 확인하였다.
- 토양중에 함유되어 있는 광물의 종류를 확인하기 위해 X 선 회절 분석을 실시하였다.
- 표토층(0~15cm) 또는 필요에 따라 표토층 하부의 토양을 모종삽을 이용하여 채취하였으며, 채취 시 토양 표면의 잡초나 유기물 등 이물질 층을 제거하였다.
- 20ppm의 비소 표준용액 500mL 를 대상으로 하였다. 현재 토양오염 현장에서 주로 사용되고 있는 제강슬래그(PS Ball)의 투입율이 대부분 5% 이내이기 때문에 W/V%에 대한 효율을 비교평가하기 위해서 PS-Ball와 Pre-Red Mud, Bio-Solids를 각각 1%, 3%, 5% (무게로는 5g, 15g, 25g)을 투입하였다. 충분한 교반을 위해서 Water Bath 를 사용하였으며, 25℃, 180rpm의 상태로 운전하였다.
대상 데이터
- 위의 I .:n 단계 혼합과정을 거쳐 생산된 1차 고화물을 안정화단계로 이송시킴으로서 입자의 균질화를 도모한 고화물(김민길, 2007)을 이용하여 지름 0.5~1cm 의 환(丸)상태로 제조하였다.
- 실제 현장에 사용가능한 형태로 만들어 평가하기 위해 인산과 반응한 적니를 지름 0.5~1cm 의 환(丸)상태로 제조하였다.
- 오염된 토양시료는 강원도 강릉시 옥계면 옥계광산 주변토양을 채취하였으며 표토로 사용한 토양은 충남 금산군 내의 농경지에서 채취하였고(Figure 1), 시료 채취가 가능한위치를 10곳 선정하였으며, 동일한 위치에서 3지점 연속으로 시료를 채취한 후 혼합하여 총 400kg을 채취하였다. 표토층(0~15cm) 또는 필요에 따라 표토층 하부의 토양을 모종삽을 이용하여 채취하였으며, 채취 시 토양 표면의 잡초나 유기물 등 이물질 층을 제거하였다.
이론/모형
- 열적특성 분석은 모든 물질의 온도 변화에 따른 무게, 열 흐름 기계적 성질 등에 수반되는 변화를 측정하는 것이다. 열적 특성 을 분석 하기 위해 DSC (Differential Scanning Calorimetry, 시차주사열량계)와 TG (Thermogram : 온도에 대하여 질량을 도시한 것), DTA (Differential Thermal Analysis, 시차열분석법 : 시료의 열변화 크기와 온도를 측정하는 실험방법)를 동시에 분석할 수 있는 STA409PC Luxx 를 사용하여 측정하였다.
성능/효과
- 이는 강열 감량법으로 측정한 결과와 큰 차이를 보이지 않았다. 1000C 까지 측정한 결과 최종 강열감량은 복토토양의 경우 8.60%, 오염토양시료의 경우 6.05%로 나타났으며 이 또한 주성분 분석 시 측정한 강열감량과 별 차이를 보이지 않았다.
- Bio-Solids의 최대 제거율을 PS Ball의 최대 제거율과 비교할 때 약 16.9% 높은 것으로 나타나 PS Ball보다 약 1.17배 높은 비소고정능력을 보였으며, Pre-Red Mud의 최대 제거율과 비교할 때는 약 1.8% 높은 것으로 나타나 Pre-Red Mud과 비슷한 비소고정 능력을 보였다.
- PS-Ball과 20ppm의 비소 표준용액을 Batch Test 로 실험한 결과, W/V% 비는 1%, 3%, 5%로 PS-Ball의 비소 제거효율은 56.1~64.3%로 양호한 것으로 판단된다. 그 중 5%가 64.
- 결과를 Table 3에 나타내었다. W/V% 비는 1%, 3%, 5%로 Bio-Solids의 비소 제거효율은 5% 첨가 시 최대 75.1%로 비소고정효율이 가장 뛰어난 것으로 나타났다.
- 실험한 결과를 Table 2에 나타내었다. W/V% 비는 1%, 3%, 5%로 Pre-Red Mud의 비소 제거효율은 52.5~73.8%였으며, 그 중 5%가 73.8%로 가장 효율이 뛰어난 것으로 나타났다. 김정식 등(2000) 에 의하면 9M HCl 과 5M H2SO4 를 각각 반응시켜 만든 적니 무기응집제의 중금속 제거효율은 pH 8에서 카드뮴을 제외한 다른 중금속의 경우 주입량에 관계없이 90% 이상 제거되었다.
- XRD 분석결과 26.6 도에서 Quartz 의 주피크가 나타났으며, 20.9도, 36.6도, 39.5도, 40.7 도, 45.8도, 50.2도 54.9도, 60.0도에서 Quartz의 피크가 확인되었으며, Albite와 Muscovite의 피크도 존재함이 확인되었다.
- XRD 분석을 실시한 결과 검출된 주요성분은 Ca(OH)2, S1O2, Fe2O3, AI2O3 등 이었으며 XRF 분석결과 유기물함량의 지표인 L이가 69.2%로 가장 많으며, CaO 8.47%, Al2O3 6.91%, 등으로 조사되었다.
- 61%를 차지하고 있다. XRD 와 XRF 분석결과, 인산반응 적니는 중금속을 흡착하는데 큰 역할을 하는 AhO3, FezO3 가 주를 이루고 있음을 알 수 있었다.
- 39%를 차지하고있다. XRD 와 XRF 분석결과, 제강슬래그(PS Ball)를 이루고 있는 주성분은 중금속을 흡착하는데 큰 역할을 하는 Fe2O3 를 포함한 철산화물들임을 알 수 있었다.
- 각 시간대별 pH의 변화는 pH 7.94~8.23으로 약 pH 8 부근에 분포하여 중성에서 약알칼리성을 나타냈으며, 인산에 의해 처리된 Pre-Red Mud를 사용할 경우 산성화나 염기 성화는 우려되지 않았다.
- 3%로 양호한 것으로 판단된다. 그 중 5%가 64.3%로 가장 효율이 뛰어난 것으로 나타났다.
- 따라서 분석한 두 가지 토양시료는 일반적으로 토양에 존재하는 Quartz (석영), Albite(조장석), Muscovite(백운모)로 구성되어 있었으며, 오염토양과 복토토양간의 구성광물의 차이는 없는 것으로 확인되었다.
- 예상되었다. 따라서 처리구내 상대적으로 오염성분이 높은 하부 토양의 오염성분 등이 확산현상 등으로 인해 상부 복토 층으로 이동하여 영향을 줄 가능성은 적을 것으로 판단되었다.
- 따라서 현재 안정화제로 현장에 많이 적용되고 있는 제강슬래그보다 본 연구에서 적용한 Pre-Red Mud 및 Bio-Solids 를 사용할 경우 비소의 용출성을 더욱 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 기존에 사용되고 있는 PS-Ball이 비교적 고가에 거래되고 있음을 감안할 때 처리비용 측면에서도 효율적일 것이라 판단된다.
- 앞의 실험결과보다 제거효율이 다소 떨어지는 경우도 있지만 최대 70% 이상의 제거효율을 나타내 비교적 높은 제거효율을 가지며, Pre-Red Mud의 최대 제거율을 PS Ball 의 최대 제거율과 비교할 때 약 14.8% 높은 것으로 나타나 PS Ball보다 약 1.15배 높은 흡착능력을 보였다.
- 나타낸다. 오염토양을 EDX-Scan 한 결과 입자 표면에 넓게 비소가 존재함이 확인되었으며, 표면에 있는 이 비소가 대부분 용출될 가능성이 높을 것으로 추정된다.
- 연소에 의한 것으로 판단된다. 유기물 함량을 나타내는 550C까지의 무게감량은 복토토양의 경우 7.20%, 오염 토양 시료의 경우 5.0% 수준으로 확인되었다. 이는 강열 감량법으로 측정한 결과와 큰 차이를 보이지 않았다.
- 유기성 고화물(Bio-Solids)의 pH를 측정한 결과 생석회의 첨가로 인해 pH 범위는 12.1 정도로서 강알칼리 상태를 유지하고 있는 것으로 나타났다.
- 인산과 반응시킨 적니의 pH를 측정한 결과 적니의 일반적인 pH인 12~13보다 낮은 7.85로 중성을 나타냈다. EPA 3501a 법에 따라 인산반응 적니의 중금속 함유량을 분석한 결과, 비소는 1.
- 제강슬래그(PS Ball)의 pH를 측정한 결과 일반적인 제강슬래그의 pH 인 11~12보다 다소 낮은 9.43으로 약염기 성을 나타냈으며, EPA 3501a 법에 따라 제강슬래그(PS Ball)의 중금속 함유량을 분석한 결과, 비소는 0.2㎎/㎏으로 나타났고, 기타 나머지 중금속도 0.08~2.98㎎/㎏으로 측정되었다.
- SEM 관찰 사진을 Figure 9에 나타내었다. 형상을 관찰한 결과 두 시료(오염 및 복토 토양) 모두 큰 입자에 작은 입자들이 붙어 있는 형태로 나타났으며, 특이할 만한 형상 을 나타내는 입자는 없었다. 두 시료간의 형상의 차이는 나타나지 않았다.
- 회분식 시험에서 안정화제의 비소고정능력 평가시 Bio-Solids의 최대 제거율을 PS Ball의 최대 제거율과 비교할 때 약 16.9% 높은 것으로 나타나 PS Ball보다 약 1.17배 높은 비소고정능력을 보였으며, Pre-Red Mud의 최대 제거율과 비교할 때는 약 1.8% 높은 것으로 나타나 Pre-Red Mud과 비슷한 비소고정 능력을 보였다.
후속연구
- 또한 Fe(Ⅱ)이 충분히 존재할 경우 공기중의 산소에 의해 산화되어 Fe(Ⅲ)이 생성하게 되는 것을 이용하여 생성된 Fe(Ⅲ)와 As(Ⅴ)의 결합으로 Ferric-arsenate롤 생성 시켜 최종적으로 비소를 불용화 할 수 있는 기술로서 광미나 고형 폐기물의 비소처리에 적용할 수 있을 것이며, 생석회를 첨가함으로서 강알칼리를 형성해 비소의 용출을 활발하게 하여 CaAsCu 형태의 비소로 불용화 시킬 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.