본 연구는 다량의 중금속을 함유하는 폐석탄 광산에 적치된 폐석으로부터 발생하는 침출수의 안정화를 위해 석탄회를 안정화제로서의 적용성을 평가하는데 목적이 있다. 석탄폐석에 석탄회를 적용하여 컬럼시험을 수행한 결과는 다음과 같다. 1) 석탄회의 pH는 비산재와 바닥재가 각각 11.1, 9.7의 강알칼리성을 갖는 것으로 나타나 강산성 조건의 폐석 (pH 3.5)를 교정하였으며 유기물을 비롯하여 식물 생장에 필요한 영양소인 인산, 칼슘 등을 함유하는 것으로 나타나 폐석과 혼합할 경우 비옥도가 개선될 수 있을 것으로 판단된다. 2) 폐석만을 충진한 컬럼에서 발생하는 침출수의 pH는 3.5~4.0의 수준을 시험기간 동안 지속적으로 유지하는 것으로 나타나지만, 석탄회의 처리량에 따라 40% (pH 5.0~6.0) > 20% (pH 4.5)로 나타나고, 동일 처리량 (40%)의 처리방법에 따른 효율성은 완전혼합 (pH 5.0~6.0) 방법이 층위처리 (pH 4.0~4.5)에 비해 pH 상승효과가 높은 것으로 조사되었다. 3) 침출수의 Ca과 Mg의 함량은 4 pore volume까지 빠르게 용탈되다 그 이후부터 안정화 되었으며 석탄회에서 용탈된 Ca과 Mg의 영향으로 폐석에 함유되었던 Cu, Pb, As, 및 Al 등이 탄산이온 ($CO_3^{2-}$) 또는 수산화이온 ($OH^-$)과 불용성 화합물을 형성하여 안정화 되는 것으로 사료된다. 4) 철의 용존함유량에 대한 분석결과 석탄회 처리구의 용존량이 석탄회를 40% 층위처리한 처리구를 제외하고 대조구에 비해 약 8-74% 정도 감소하는 것으로 조사되었다. 5) 석탄회를 이용한 폐석의 중화 및 철의 용존량 감소 효율성을 평가한 결과 폐석의 중화 효율성은 석탄회를 40% 완전혼합한 경우 가장 높았으며 철의 용존량 감소 효율성은 석탄회를 20% 완전혼합한 경우가 가장 좋은 것으로 조사되었다. 따라서 석탄회를 이용하여 현장에서 폐석을 처리할 경우 약 20-40%의 석탄회를 처리해야 높은 효율성을 얻을 수 있을것으로 사료된다.
본 연구는 다량의 중금속을 함유하는 폐석탄 광산에 적치된 폐석으로부터 발생하는 침출수의 안정화를 위해 석탄회를 안정화제로서의 적용성을 평가하는데 목적이 있다. 석탄폐석에 석탄회를 적용하여 컬럼시험을 수행한 결과는 다음과 같다. 1) 석탄회의 pH는 비산재와 바닥재가 각각 11.1, 9.7의 강알칼리성을 갖는 것으로 나타나 강산성 조건의 폐석 (pH 3.5)를 교정하였으며 유기물을 비롯하여 식물 생장에 필요한 영양소인 인산, 칼슘 등을 함유하는 것으로 나타나 폐석과 혼합할 경우 비옥도가 개선될 수 있을 것으로 판단된다. 2) 폐석만을 충진한 컬럼에서 발생하는 침출수의 pH는 3.5~4.0의 수준을 시험기간 동안 지속적으로 유지하는 것으로 나타나지만, 석탄회의 처리량에 따라 40% (pH 5.0~6.0) > 20% (pH 4.5)로 나타나고, 동일 처리량 (40%)의 처리방법에 따른 효율성은 완전혼합 (pH 5.0~6.0) 방법이 층위처리 (pH 4.0~4.5)에 비해 pH 상승효과가 높은 것으로 조사되었다. 3) 침출수의 Ca과 Mg의 함량은 4 pore volume까지 빠르게 용탈되다 그 이후부터 안정화 되었으며 석탄회에서 용탈된 Ca과 Mg의 영향으로 폐석에 함유되었던 Cu, Pb, As, 및 Al 등이 탄산이온 ($CO_3^{2-}$) 또는 수산화이온 ($OH^-$)과 불용성 화합물을 형성하여 안정화 되는 것으로 사료된다. 4) 철의 용존함유량에 대한 분석결과 석탄회 처리구의 용존량이 석탄회를 40% 층위처리한 처리구를 제외하고 대조구에 비해 약 8-74% 정도 감소하는 것으로 조사되었다. 5) 석탄회를 이용한 폐석의 중화 및 철의 용존량 감소 효율성을 평가한 결과 폐석의 중화 효율성은 석탄회를 40% 완전혼합한 경우 가장 높았으며 철의 용존량 감소 효율성은 석탄회를 20% 완전혼합한 경우가 가장 좋은 것으로 조사되었다. 따라서 석탄회를 이용하여 현장에서 폐석을 처리할 경우 약 20-40%의 석탄회를 처리해야 높은 효율성을 얻을 수 있을것으로 사료된다.
In this study, coal combustion ash (CCA) was evaluated for its stabilization effect on acidic mine waste with column experiment. Total of six treatments were installed depending on mixing ratio between coal wastes and CCA (0, 20, 40%) and mixing method (completely mixing and layered). Artificial aci...
In this study, coal combustion ash (CCA) was evaluated for its stabilization effect on acidic mine waste with column experiment. Total of six treatments were installed depending on mixing ratio between coal wastes and CCA (0, 20, 40%) and mixing method (completely mixing and layered). Artificial acidic rain (pH 5.6) was used for feeding solution with flow rate of $0.05mL\;min^{-1}$. Result showed that higher pH of leachate was observed as more CCA was mixed. The highest pH in leachate was measured when 40% of CCA was mixed with coal waste (pH of 5.8). Also, complete mixing with CCA and coal waste was more effective to increase the pH of leachate than layered treatment. Regarding the reduction of soluble Fe amount, the highest efficiency (78%) was observed when 20% of coal ash was completely mixed with mine waste. Based on those result, optimum mixing ratio of coal ash with mine waste can be ranged 20-40% depending on environmental circumstances in the field.
In this study, coal combustion ash (CCA) was evaluated for its stabilization effect on acidic mine waste with column experiment. Total of six treatments were installed depending on mixing ratio between coal wastes and CCA (0, 20, 40%) and mixing method (completely mixing and layered). Artificial acidic rain (pH 5.6) was used for feeding solution with flow rate of $0.05mL\;min^{-1}$. Result showed that higher pH of leachate was observed as more CCA was mixed. The highest pH in leachate was measured when 40% of CCA was mixed with coal waste (pH of 5.8). Also, complete mixing with CCA and coal waste was more effective to increase the pH of leachate than layered treatment. Regarding the reduction of soluble Fe amount, the highest efficiency (78%) was observed when 20% of coal ash was completely mixed with mine waste. Based on those result, optimum mixing ratio of coal ash with mine waste can be ranged 20-40% depending on environmental circumstances in the field.
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문제 정의
본 연구는 다량의 중금속을 함유하는 폐석탄 광산에 적치된 폐석으로부터 발생하는 침출수의 안정화를 위해 석탄회를 안정화제로서의 적용성을 평가하는데 목적이 있다. 석탄폐석에 석탄회를 적용하여 컬럼시험을 수행한 결과는 다음과 같다.
본 연구의 목적은 폐광 이후 많은 환경문제를 유발하는 석탄광산 폐석으로부터 발생하는 산성광산배수의 안정화를 위해 석탄회의 적용성을 평가하는데 목적이 있다. 또한 이러한 석탄회를 이용한 석탄광산 오염물질의 복원은 동일 자원의 순환이라는 큰 이점이 있을 것으로 판단된다.
제안 방법
폐석 및 석탄회를 충진한 컬럼의 침출수 수거량의 결정을 위해 pore volume을 측정하였다. Pore volume의 측정은 폐석과 석탄회가 충진된 컬럼에 주기적으로 일정량 (5 mL)의 증류수를 주입하여 컬럼을 통과한 용액이 수거되는 시점으로 하였으며, 이때 체류한 시간을 수리학적체류시간 (HRT; Hydraulic retention time)으로 하였다. 구성된 컬럼의 침출액은 인공 산성강우 (H2SO4 : HNO3 = 6:4, pH 5.
공시재료의 pH 및 EC는 고형물과 물의 비율을 1:5로 혼합·진탕 후 기기분석을 통해 (Mettler toredo, S-20K, S-30K) 측정하였으며, 치환성 양이온의 함량은 1N-NH4OAc (Ammonium acetate)로 추출하여 AAS (Atomic Absorption Sepectroscopy, Shimadzu, AA-6701F, Japan)로 정량하였다.
, 1995). 또한, 용출시험 종료 후 컬럼 내 충진하였던 고형물시료는 10 cm 간격으로 분획하여 폐석의 안정화 시험을 실시하였다. 컬럼에서 채취한 폐석의 중금속 추출은 증류수를 이용한 수용성함량 (25℃, 180 rpm, 2 hr), 왕수 (Aqua regia)를 이용한 총함량 (105℃, 2 hr)으로 구분하여 분석하였다.
5로 교정하는데 소모되는 양은 40% (W W-1)로 산출되었다. 본 연구에서는 석탄회의 첨가량을 단시간 내에 pH를 교정할 수 있는 소모량 40%와 석탄회가 처리된 후 효과 발현 시간을 고려한 20%를 대조구 (폐석 단일 처리구)와 비교 평가 하였다. 폐석 및 석탄회를 충진한 컬럼의 침출수 수거량의 결정을 위해 pore volume을 측정하였다.
석탄폐석 안정화제로 사용된 석탄회의 적용성 평가를 위해 연속 주입식 컬럼시험을 이용하였다. 연속 주입식 컬럼은 충진된 물질로부터 용출되는 이온의 수직적 이동을 현장과 동일한 조건에서 모사할 수 있다는 장점이 있다 (Kim et al.
석탄회를 이용한 폐석의 안정화 효율성 평가를 위해 침출수의 pH와 EC를 모니터링 하였으며 결과는 Fig. 3에 나타내었다. 컬럼에 폐석만을 충진한 시험구 (W)의 pH는 3.
연속주입으로 침출되는 시료의 수거는 pore volume의 양을 기준으로 채취하였으며, 각 컬럼으로부터 20 pore volume 수거 시점을 종료시점으로 설정하였다. 수거되는 침출수는 즉시 용액중의 pH와 EC를 측정하였고, 분석항목에 따라 산 (HNO3)을 첨가하여 pH < 2 이하의 상태로 냉장보관 하였다 (Kim et al.
용출시험 종료 후 컬럼에 충진했던 폐석을 10 cm 간격으로 분획하여 석탄회의 처리에 따른 중화 효율성 검정 및 철함량에 대한 mass balance를 평가하였다. Figure 5는 컬럼 내 폐석의 중화효율 (pH1:5)을 나타내며 대조구의 경우 초기 폐석의 pH와 비슷한 수준인 3.
채취된 공시재료는 X선 회절분석 (PANalytical, X’pert-pro MPD, USA), X선 형광분석 (Rigaku, ZSX-100e, USA)을 이용하여 화학적 조성을 분석하였다 (Moon et al., 2010; Skoog and Leary, 1991).
컬럼에서 채취한 폐석의 중금속 추출은 증류수를 이용한 수용성함량 (25℃, 180 rpm, 2 hr), 왕수 (Aqua regia)를 이용한 총함량 (105℃, 2 hr)으로 구분하여 분석하였다. 침출수 및 폐석의 중금속 함량은 ICP-OES (Thermo, iCAP 6000 series), 양이온은 AAS (Shimadzu, AA-6701F), 음이온은 IC (Ion Chromatography, DIONEX, DX-320)를 이용하여 정량하였다.
컬럼 내에 충진되었던 고형물을 용출시험 후 10 cm 간격으로 분획하여 철 (Fe)에 대한 총함량, 수용성함량의 두 가지 형태로 분석 하였으며, 총함량은 Fig. 6과 같이 나타났다. 용출시험 후 철의 함량은 상부에 비해 하부의 폐석에서 다소 높게 측정되었는데, 이는 주기적인 침출액의 주입으로 상부에서 용탈되거나 화합물 형태로 결합한 철이 용액의 이동에 따라 하부로 이동된 것으로 판단된다.
D: 4 cm × H: 35 cm)로 제작하였다. 컬럼시험을 위한 처리구는 폐석에 석탄회를 완전혼합 또는 층위처리 하였고, 총 600 g의 고형물을 30 cm의 깊이 (용적밀도 1.59 Mg m-3)로 충진하였다 (Fig. 1). 석탄폐석에 처리되는 석탄회의 소모양은 완충곡선법을 이용하여 산정하였으며, pH를 6.
또한, 용출시험 종료 후 컬럼 내 충진하였던 고형물시료는 10 cm 간격으로 분획하여 폐석의 안정화 시험을 실시하였다. 컬럼에서 채취한 폐석의 중금속 추출은 증류수를 이용한 수용성함량 (25℃, 180 rpm, 2 hr), 왕수 (Aqua regia)를 이용한 총함량 (105℃, 2 hr)으로 구분하여 분석하였다. 침출수 및 폐석의 중금속 함량은 ICP-OES (Thermo, iCAP 6000 series), 양이온은 AAS (Shimadzu, AA-6701F), 음이온은 IC (Ion Chromatography, DIONEX, DX-320)를 이용하여 정량하였다.
본 연구에서는 석탄회의 첨가량을 단시간 내에 pH를 교정할 수 있는 소모량 40%와 석탄회가 처리된 후 효과 발현 시간을 고려한 20%를 대조구 (폐석 단일 처리구)와 비교 평가 하였다. 폐석 및 석탄회를 충진한 컬럼의 침출수 수거량의 결정을 위해 pore volume을 측정하였다. Pore volume의 측정은 폐석과 석탄회가 충진된 컬럼에 주기적으로 일정량 (5 mL)의 증류수를 주입하여 컬럼을 통과한 용액이 수거되는 시점으로 하였으며, 이때 체류한 시간을 수리학적체류시간 (HRT; Hydraulic retention time)으로 하였다.
대상 데이터
Pore volume의 측정은 폐석과 석탄회가 충진된 컬럼에 주기적으로 일정량 (5 mL)의 증류수를 주입하여 컬럼을 통과한 용액이 수거되는 시점으로 하였으며, 이때 체류한 시간을 수리학적체류시간 (HRT; Hydraulic retention time)으로 하였다. 구성된 컬럼의 침출액은 인공 산성강우 (H2SO4 : HNO3 = 6:4, pH 5.6 fixed)를 사용하였고, 연동펌프 (peristaltic pump)를 이용하여 0.05 mL min-1의 유량으로 연속적으로 주입하였다.
본 연구에 사용한 석탄광산 폐석은 강원도 정선군 사북읍에 소재한 동원탄좌 (1962년 설립, 2004년 석탄산업합리화 정책에 따라 폐광)의 폐석적치장에서 채취하였다 (MKE, 2005). 또한 석탄폐석의 안정화를 위해 사용된 석탄회는 남동화력발전의 영동화력발전소에서 화력 발전 후 발생하는 비산재 (fly ash)와 바닥재 (bottom ash)를 사용하였다. 채취된 공시재료는 X선 회절분석 (PANalytical, X’pert-pro MPD, USA), X선 형광분석 (Rigaku, ZSX-100e, USA)을 이용하여 화학적 조성을 분석하였다 (Moon et al.
본 연구에 사용한 석탄광산 폐석은 강원도 정선군 사북읍에 소재한 동원탄좌 (1962년 설립, 2004년 석탄산업합리화 정책에 따라 폐광)의 폐석적치장에서 채취하였다 (MKE, 2005). 또한 석탄폐석의 안정화를 위해 사용된 석탄회는 남동화력발전의 영동화력발전소에서 화력 발전 후 발생하는 비산재 (fly ash)와 바닥재 (bottom ash)를 사용하였다.
컬럼은 용액 내 이온의 이동을 최적화하기 위해 아크릴 (I.D: 4 cm × H: 35 cm)로 제작하였다.
이론/모형
, 2010; Skoog and Leary, 1991). 또한, 이화학특성은 토양 및 식물체분석법 (NIAST, 2000), 토양오염공정시험법 (ME, 2002)에 준하여 실시하였다. 공시재료의 pH 및 EC는 고형물과 물의 비율을 1:5로 혼합·진탕 후 기기분석을 통해 (Mettler toredo, S-20K, S-30K) 측정하였으며, 치환성 양이온의 함량은 1N-NH4OAc (Ammonium acetate)로 추출하여 AAS (Atomic Absorption Sepectroscopy, Shimadzu, AA-6701F, Japan)로 정량하였다.
1). 석탄폐석에 처리되는 석탄회의 소모양은 완충곡선법을 이용하여 산정하였으며, pH를 6.5로 교정하는데 소모되는 양은 40% (W W-1)로 산출되었다. 본 연구에서는 석탄회의 첨가량을 단시간 내에 pH를 교정할 수 있는 소모량 40%와 석탄회가 처리된 후 효과 발현 시간을 고려한 20%를 대조구 (폐석 단일 처리구)와 비교 평가 하였다.
공시재료의 pH 및 EC는 고형물과 물의 비율을 1:5로 혼합·진탕 후 기기분석을 통해 (Mettler toredo, S-20K, S-30K) 측정하였으며, 치환성 양이온의 함량은 1N-NH4OAc (Ammonium acetate)로 추출하여 AAS (Atomic Absorption Sepectroscopy, Shimadzu, AA-6701F, Japan)로 정량하였다. 유기물함량은 Walkely-black법을 이용하여 분석하였고 (Kim et al., 2010a), 시료 중 중금속의 함량은 ICP-OES (Inductively Coupled Plasma- Optical Emission Spectrometry, Thermo, iCAP 6000 series)를 이용하였다 (Kim et al., 2008a).
성능/효과
1) 석탄회의 pH는 비산재와 바닥재가 각각 11.1, 9.7의 강알칼리성을 갖는 것으로 나타나 강산성 조건의 폐석 (pH 3.5)를 교정하였으며 유기물을 비롯하여 식물생장에 필요한 영양소인 인산, 칼슘 등을 함유하는 것으로 나타나 폐석과 혼합할 경우 비옥도가 개선될 수 있을 것으로 판단된다.
2) 폐석만을 충진한 컬럼에서 발생하는 침출수의 pH는 3.5~4.0의 수준을 시험기간 동안 지속적으로 유지하는 것으로 나타나지만, 석탄회의 처리량에 따라 40% (pH 5.0~6.0) > 20% (pH 4.5)로 나타나고, 동일 처리량 (40%)의 처리방법에 따른 효율성은 완전혼합 (pH 5.0~6.0) 방법이 층위처리 (pH 4.0~4.5)에 비해 pH 상승효과가 높은 것으로 조사되었다.
3) 침출수의 Ca과 Mg의 함량은 4 pore volume까지 빠르게 용탈되다 그 이후부터 안정화 되었으며 석탄회에서 용탈된 Ca과 Mg의 영향으로 폐석에 함유되었던 Cu, Pb, As, 및 Al 등이 탄산이온 (CO32-) 또는 수산화이온 (OH-)과 불용성 화합물을 형성하여 안정화 되는 것으로 사료된다.
4) 철의 용존함유량에 대한 분석결과 석탄회 처리구의 용존량이 석탄회를 40% 층위처리한 처리구를 제외하고 대조구에 비해 약 8-74% 정도 감소하는 것으로 조사되었다.
5) 석탄회를 이용한 폐석의 중화 및 철의 용존량 감소 효율성을 평가한 결과 폐석의 중화 효율성은 석탄회를 40% 완전혼합한 경우 가장 높았으며 철의 용존량 감소 효율성은 석탄회를 20% 완전혼합한 경우가 가장 좋은 것으로 조사되었다. 따라서 석탄회를 이용하여 현장에서 폐석을 처리할 경우 약 20-40%의 석탄회를 처리해야 높은 효율성을 얻을 수 있을것으로 사료된다.
5) 석탄회를 이용한 폐석의 중화 및 철의 용존량 감소 효율성을 평가한 결과 폐석의 중화 효율성은 석탄회를 40% 완전혼합한 경우 가장 높았으며 철의 용존량 감소 효율성은 석탄회를 20% 완전혼합한 경우가 가장 좋은 것으로 조사되었다. 따라서 석탄회를 이용하여 현장에서 폐석을 처리할 경우 약 20-40%의 석탄회를 처리해야 높은 효율성을 얻을 수 있을것으로 사료된다.
또한, 석탄회에 함유되어 있던 As의 경우 최대 0.18 ug L-1으로 검출이 되었으며 이는 환경부에서 고시하는 먹는물 수질기준 (50 μg L-1)보다 낮은 수준으로 용출되었다.
하지만 석탄회는 물리적으로 다공성 구형입자, 입도 1~100 ㎛ (평균 : 20~30 ㎛), 비표면적 2,000~4,000 cm3 g-1의 특성을 갖고 있어 흡착제로의 활용성이 뛰어난 물질로 알려져 있다. 또한, 화학적으로 SiO2, Al2O3 등이 70% 이상, 발생공정에서 탈황 및 탈질을 위해 투입된 석회에 의해 Ca이 다량 함유되어 포졸란 반응을 통한 고정화 및 pH 교정을 유도한 안정화 효과를 발현할 수 있을 것으로 판단된다. 이와 같이 석탄회는 중금속 안정화를 위해 주로 사용되고 있는 안정화제 (석회, 백운석, 슬래그 등)와 비슷한 메커니즘으로 안정화제로서의 활용 가능성이 있을 것으로 판단된다.
2와 Table 3에 나타냈다. 석탄폐석의 XRD 분석결과 주요 광물은 석영 (Quartz), 자철석 (Magnetite), 엽락석 (Pyrophyllite)으로 철과 알루미늄이 다량 함유된 광물종으로 구성되었음을 알 수 있었으며 이는 XRF 측정결과에서도 확인할 수 있었다. 석탄회의 XRD 분석결과 주요 광물조성은 석영 (Quartz), 뮬라이트 (Mullite)로 XRF결과에 나타나듯 SiO2와 Al2O3가 높은 것에 기인한 것으로 보여진다.
시험기간 동안 침출수에 잔류하는 철의 용존량을 모니터링한 결과 누적 발생량이 WC40L (26.5 mg) > W (19.2 mg) > WC40D10M (17.6 mg) > WC40M (8.3 mg) > WC40MD (7.2 mg) > WC20M (4.9 mg)의 순으로 석탄회 40%를 층위 처리한 처리구를 제외한 모든 석탄회가 처리된 처리구에서 철의 용존양이 대조구에 비해 낮은 것으로 나타났다.
7 mg kg-1)등이 존재하는 것으로 나타나 폐석과 혼합할 경우 비옥도가 개선될 수 있을 것으로 판단된다. 오염도 분석결과 폐석의 경우 철과 알루미늄의 함유량이 각각 594.2 mg kg-1, 190.6 mg kg-1로 석탄회에 비해 약 40배와 5배 정도 높았으며 이러한 고농도의 철과 알루미늄이 침출수로 용탈될 경우 황화현상이나 백화현상 (yellow boy or whitening phenomenon) 을 발생할 수 있다. 폐석 및 석탄회의 광물조성 (XRD) 및 원소조성 (XRF) 분석결과는 Fig.
하지만 철에 대한 용존량 감소 효율은 WC20M> WC40MD > WC40M 의 순으로 조사되어 석탄회를 20% 혼합한 처리구에서 철의 용존량 감소 효율이 가장 높은 것으로 조사되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 현장에 적치되어 있는 폐석을 중화하기 위해서는 20-40%의 석탄회를 사용하여야 하며 층위처리보다는 완전혼합 형태의 처리가 효율성이 좋을 것으로 기대된다.
5) 인 것으로 나타났다. 전기전도도의 경우 대조구를 제외한 모든 처리구에서 1,500~2,800 uS cm-1로 초기값이 높았으나, 3 pore volume부터는 안정화되어 500 uS cm-1수준을 유지하는 것으로 나타났다. 이는 컬럼에 충진한 석탄회에 함유된 양이온이 침출액의 산성 특성에 의해 초기에 대부분 용탈된 것으로 판단된다 (Kim et al.
상부의 pH 교정은 침출액의 주기적인 주입으로 하부의 폐석에도 영향을 미치는 것으로 나타났다. 중간부 (10~20 cm) pH 모니터링 결과 폐석과 석탄회를 완전혼합 처리한 WC20M, WC40M, WC40MD의 경우 상부 시료와 비슷한 수준으로 나타나지만, 복토재와 함께 혼합한 처리구 (WC40D10M)의 경우 pH 5.7 수준으로 나타났다. 이는 컬럼 내 충진된 고형물의 입자크기 영향으로 대공극의 존재 하에 수리전도도가 증가하며 칼슘이온의 표면 흡착반응을 저해, 형성된 화합물의 하부 이동에 기인한 것으로 판단된다.
철 함량의 경우 모든 처리구에서 10-15 pore volume까지 4~20 mg L-1 수준으로 용출이 되었다가 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 처리구 중에서는 석탄회를 층위로 처리한 시험구 (WC40L)와 석탄회와 복토재와 함께 혼합한 처리구 (WC40D10M)에서 10 pore volume까지 철의 용출량이 대조구에 비해 높았으나 그 후 점차 감소하여 16 pore volume부터 대조구에 비해 낮은 철 용출량을 나타내었다. 선행연구에 의하면 철 이온 (Fe2+, Fe3+)은 pH 5.
처리량에 따른 결과는 40% (pH 5.0~6.0) > 20% (pH 4.5)인 것으로 나타나며, 동일 처리량 (40%)의 처리방법에 따른 효율성은 완전혼합 (mixed type, pH 5.0~6.0) > 층위 처리 (layered type, 4.0~4.5) 인 것으로 나타났다.
용출시험 후 철의 함량은 상부에 비해 하부의 폐석에서 다소 높게 측정되었는데, 이는 주기적인 침출액의 주입으로 상부에서 용탈되거나 화합물 형태로 결합한 철이 용액의 이동에 따라 하부로 이동된 것으로 판단된다. 총함량 (Fig. 6)의 경우 20,000 mg kg-1 수준으로 컬럼에 충진된 양을 질량으로 환산 (600 g 기준)할 경우 초기에 충진한 12,010~13,465 mg과 비슷한 수준으로 검출되는 것으로 나타났다. 이는 안정화제의 처리는 오염물질의 원천적인 제거가 목적이 아니며 오염물질을 이동성 및 독성을 감소시키기 위한 목적으로 사용한다는 선행연구결과와 일치하는 것으로 나타났다 (Kim et al.
, 2007a). 최종적으로 석탄회의 폐석 중화 효율성과 철에 대한 용존량 감소 효율을 평가한 결과 폐석의 중화 효율성은 석탄회를 40% 완전 혼합한 처리구가 침출수뿐만 아니라 컬럼 내 고형물의 pH 중화효율이 가장 좋은 것으로 조사되었다. 하지만 철에 대한 용존량 감소 효율은 WC20M> WC40MD > WC40M 의 순으로 조사되어 석탄회를 20% 혼합한 처리구에서 철의 용존량 감소 효율이 가장 높은 것으로 조사되었다.
, 2001). 컬럼 상부 (0~10 cm)의 경우 석탄회의 처리량에 따라 20%혼합 (WC20M, pH 7.5)에 비해 40%혼합 (WC40M, pH 8) 처리구가 0.5 unit 수준의 pH 상승효과를 나타냈으며, 40%가 처리된 다른 처리구 (WC40L, WC40MD, WC40D10M)의 pH 는 8수준으로 비슷하게 교정되는 것으로 나타났다. 석탄회 처리량이 증가하여도 pH는 8이상 교정되지 않았는데, 이는 석탄회에 함유된 MgO의 용해도가 극히 낮아져 중화에 필요한 양 만큼의 칼슘만 용해시키며 pH를 조절한 것으로 판단된다 (Kim and Kim, 1981).
컬럼 용출시험에 사용한 공시재료의 이화학적 특성은 Table 2와 같다. 폐석의 평균 pH는 약 3.2의 강산성인 반면 안정화제로 사용된 비산재와 바닥재의 평균 pH는 각각 11.1, 9.7의 알칼리성을 갖는 것으로 조사되었다. 전기전도도의 경우 비산재는 약 2,960 uS cm-1로 높게 나타난 반면 바닥재는 약 108 uS cm-1로 낮았다.
하지만 철에 대한 용존량 감소 효율은 WC20M> WC40MD > WC40M 의 순으로 조사되어 석탄회를 20% 혼합한 처리구에서 철의 용존량 감소 효율이 가장 높은 것으로 조사되었다.
0 미만인 것으로 조사되어, 초기에 철의 용출량이 점차적으로 증가한 후 16 pore volume 이후에 불용성 침전물이 형성되어 감소한 것으로 사료된다. 황산이온 (SO42-)의 경우 모든 처리구에서 시간에 따른 차이는 나타나지만, 대체적으로 감소하여 20 mg L-1수준으로 유지되는 것으로 나타났다. 이는 컬럼 내부 pH 조건에서 황화광물의 산화반응에 의해 SO42- 이온을 주기적으로 방출한 것으로 판단된다 (Moon et al.
후속연구
7)의 순으로 나타났다. 이러한 결과는 석탄회와 직접 반응이 일어나는 층과 인접한 폐석층의 교정 효과가 큰 것으로 나타나, 공법을 적용함에 있어 큰 변수로 작용할 수 있을 것으로 판단된다.
이는 상부에서 용탈된 칼슘이온의 하부이동에 따른 결과로 판단된다. 이러한 결과로 미루어 볼 때 일정 간격을 두고 반복적으로 층위 처리될 경우 완전혼합과 비슷한 효율성을 나타낼 수 있을 것으로 판단되어 추후 추가적으로 검증 시험을 수행해야 할 것으로 사료된다. 현장 상황을 그대로 모식하기 위해 하부 (20~30 cm)에 폐석만을 충진한 층의 경우 WC40MD (pH 6.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라의 광업활동의 특징은 무엇인가?
우리나라의 광업활동은 해방 이전 금속, 비금속광산을 대상으로 전성기를 누리다 해방 이후 거의 미비한 상태였지만, 1960년대부터 1980년대 후반까지 다시 광산 개발이 활발히 이루어졌다. 특히 석탄광산의 경우 탄전형태로 개발되었으며 에너지 문제의 해결을 위한 국가중점사업으로 개발되었다 (Lee et al., 2009). 하지만, 1980년대 후반부터 사회적 변화, 대체에너지 수입 등의 이유로 광업활동이 감소하여 전성기 때의 약 97% (석탄광산 300여개 이상)가 활동을 중단하였다 (Kim et al., 2005; Kim et al.
산성광산배수의 복원방법의 문제점은 무엇인가?
이러한 광해는 오염성, 지속성, 축적성, 확산성의 특징을 갖고 있어 광산 활동 시 뿐만 아니라 폐광 이후에도 지속적으로 발생하는 특징을 갖는다. 특히, 중금속은 환경에 유입될 경우 미생물의 활성 저해 및 식물체, 먹이연쇄를 통한 인체로의 유입 등의 문제를 초래할 수 있기 때문에 점점 중요한 사회적 이슈로 대두되고 있다 (Adriano, 1986; Nriagu and Pacyna, 1988; Yang et al., 2005).
환경문제를 유발하는 산성광산배수는 어떻게 발생하는가?
, 2005). 환경문제를 유발하는 산성광산배수는 황화광물 중 황철석 (금속광에서 흔히 관찰되며, 석탄광에도 다량 함유), 자류철석, 백철석, 황동석, 유비철석 등이 지표에 노출되어 산화가 이루어져 H+이온을 방출함으로써 pH가 낮아져 발생한다 (Ko, 2007; Lee and Song, 2010; MKE, 2007; 2009; Yang et al., 2005).
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