[논문]중금속 오염 토양 정화를 위한 습식자력선별법 사용 시 최적 토양분산 조건

전철민; 박정식; 박숙현; 김재곤; 남인현

doi:10.9719/eeg.2012.45.2.121

중금속 오염 토양 정화를 위한 습식자력선별법 사용 시 최적 토양분산 조건
Optimum Condition of Soil Dispersion for Remediating Heavy Metal-Contaminated Soils using Wet Magnetic Separation 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.45 no.2, 2012년, pp.121 - 135

전철민 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부) , 박정식 (한국광해관리공단) , 박숙현 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부) , 김재곤 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부) , 남인현 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 자력선별 토양정화기술 공정에 적합한 토양의 최적 분산 조건을 도출하기 위하여 토성이 다른 중금속 오염토양 2종의 시료(US, JIK)를 대상으로 분산특성 및 중금속 용출 특성을 파악하였다. 분산제로는 인산염(pyrophosphate, hexametaphosphate, orthophosphate), 계면활성제(sodium dodecyl sulfate, SDS)가 사용되었으며, pH = 9~12와 농도변화(1~200 mM)에 따른 토양입단의 분산특성 및 중금속 함량을 파악하고, 효율적인 분산조건을 도출하였다. 분산용액의 pH변화에 따른 토양분산 특성은 입도변화 결과를 통하여 파악할 수 있는데, 분산용액의 pH가 12에 가까워질수록 현탁액의 점토함량이 증가하였다. 이는 pH가 상승함에 따라 PZC(point of zero charge)이상의 pH가 유지되면서 점토입자들이 분산된 상태로 유지된 것으로 여겨진다. 농도변화에 따른 토양분산 실험 결과, 농도가 증가함에 따라서 높은 점토함량을 나타내었는데, 이는 산화철, 산화망간의 PZC보다 높은 분산용액의 pH조건과 분산제의 흡착에 기인한 것으로 판단된다. 토양입자의 분산에 따른 중금속 용출은 pyrophosphate, hexametaphosphate, orthophosphate는 50 mM 이상의 농도에서, SDS의 경우 100 mM이상의 농도에서 비소 용출량이 일정하게 나타났다. 또한, 분산용액의 pH가 증가함에 따라 비소 용출량도 증가하였다. 인산염은 비소와 유사한 화학구조를 지니고 있어 토양입자표면에서 흡착경쟁을 하여 비소의 탈착을 유발하고, 계면활성제는 토양입자표면에 흡착하여 비소가 탈착되는 것으로 파악된다. 분산용액에 따른 분산효과는 pyrophosphate > hexametaphosphate > SDS > orthophosphate의 순으로 나타났다. 결과적으로 분산효율 및 비소용출량을 고려한 최적의 토양분산용액 조건은 pH 11, 10 mM pyrophosphate로 판단된다. 이러한 결과들은 고구배 자력선별 기술을 이용한 토양정화 공정을 최적화하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Soil dispersion and heavy metal leaching with two heavy metal-contaminated soils were studied to derive the optimal dispersion condition in the course of developing the remedial technology using magnetic separation. The dispersion solutions of pyrophosphate, hexametaphosphate, orthophosphate and sodium dodecylsulfate (SDS) at 1 - 200 mM and the pH of solutions was adjusted to be 9 - 12 with NaOH. The clay content of suspension as an indicator of dispersion rate and the heavy metal concentration of the solution were tested at the different pHs and concentrations of the dispersion solution during the experiment. The dispersion rate increased with increasing the pH and dispersion agent concentration of the solution. The dispersion efficiency of the agents showed as follows: pyrophosphate > hexametaphosphate > SDS > orthophosphate. Arsenic leaching was sharply increased at 50 mM of phosphates and 100 mM of SDS. The adsorption of $OH^-$, phosphates and dodecysulfate on the surface of Fe- and Mn-oxides and soil organic matter and the broken edge of clay mineral might decrease the surface charge and might increase the repulsion force among soil particles. The competition between arsenic and $OH^-$, phosphates and dodecylsulfate for the adsorption site of soil particles might induce the arsenic leaching. The dispersion and heavy metal leaching data indicate that pH 11 and 10 mM pyrophosphate is the optimum dispersion solution for maximizing dispersion and minimizing heavy metal leaching.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토양은 구성성분은 무엇인가?	토양은 광물과 유기물이 약 50%와 가스와 수분이 약 50%로 구성된 혼합체이다. 사질토양을 제외한 대부분의 토양은 여러 종류의 물질로 이루어진 입단(aggregate)을 형성하여 존재한다.
	입단은 무엇인가?	사질토양을 제외한 대부분의 토양은 여러 종류의 물질로 이루어진 입단(aggregate)을 형성하여 존재한다. 입단은 토양 내 모래, 미사, 점토 입자들이 서로 응집되어 뭉쳐진 상태를 의미하며, 물리, 화학, 생물학적 과정에 의해 형성된다. 토양의 입단화는 양이온에 의하여 입자가 뭉쳐지는 응집현상에 유기물과 산화광물이 첨가되면서 안정한 형태로 변하는 것이다(Kim et al.
	토양을 구성하는 광물의 표면은 영구전하와 가변전하로 구분되는데, 각각 무엇인가?	토양을 구성하는 광물의 표면은 광물의 종류와 결정구조에 따른 영구전하(Permanent charge)와 주변 환경에 따라 변화하는 가변전하(pH dependent charge)로 구분된다. 영구전하는 광물이 형성될 때 결정구조 내 원자가가 다른 원소들 사이에 치환작용으로 나타나는 것으로 Al3+이 Si4+를, Ca2+ 혹은 Mg2+가 Al3+를 치환하는 경우 결정구조 내 전하 불균형을 초래하여 광물의 표면이 음전하를 띄게 한다. 광물 표면의 가변전하는 산성 환경에서 광물표면에 H+가 OH-보다 많이 흡착하여 양전하를 띄고 염기성환경에서는 광물표면에 OH-가 H+보다 많이 흡착하여 음전하를 띄게 된다. 이 때 특정 pH에서 광물 표면의 가변전하가 0이 될 때를 영전위점(point of zero charge, PZC)라고 한다. PZC는 광물의 종류에 따라 다르게 나타나며 토양을 구성하고 있는 대부분 광물의 PZC는 pH 11이하로 알려져 있다(Spark, 2003; Heike and Bradl, 2004; Lee et al., 2009).

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