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문제 정의
- 5% 이상이 석영사로 고가이고, 코팅되는 철의 함량이 제한적이어서 비소의 흡착능이 낮았다. 본 연구에서는 철을 코팅한 지올라이트를 이용한 회분식 실험과 칼럼실험을 통해 현장적용에 가능한 최적의 조건을 조사하였고, 실제 폐광산 갱내수 처리에 적용해 비소 제거에 대한 현장 실증 연구를 수행하였다.
제안 방법
- ICZ와의 비교를 위해 주문진사를 지지체로서 사용하여 주문진사 1kg에 pH 10의 10% FeCl3 수용액 500㎖를 첨가하고, 균일하게 교반시키면서 감압 증류기를 사용하여 수분을 90% 가량 제거하였다. 수분이 제거되고 남은 고형분을 150℃의 온도에서 1시간 조건으로 건조시켰으며, 최종적으로 생성된 고형분을 2시간 동안 상온에서 건조시켜 철 코팅된 주문진사(ICS)를 제조하였다.
- 회분식 실험을 통하여 얻어진 데이터들을 이용하여 ICZ를 사용한 갱내수 처리시설을 만들어 현장에 설치하였다. 갱내수는 수두차에 의해 하루 평균 약 4.5㎥이 장치에 공급되었고, 실험기간동안 유입수와 유출수를 채취해 비소의 농도와 pH를 측정하였다.
- 농도가 2.0㎎/ℓ인 5가 비소 수용액에 대해서 염화나트륨(NaCl)을 사용하여 이온세기를 0.01M로 고정시키고, pH 4.0 및 흡착질/흡착제의 비를 10 ㎖/g의 조건으로 상기 에서 제조된 ICZ를 사용하여 비소 흡착 실험을 수행하였다. 비교를 위하여 철 코팅작업을 거치지 않은 주문진사(W/O Coating)와 상기에서 제조된 철코팅된 주문진사(ICS)를 이용하여 비소 흡착 실험을 수행하였다.
- 0 및 흡착질/흡착제의 비를 10 ㎖/g의 조건으로 상기 에서 제조된 ICZ를 사용하여 비소 흡착 실험을 수행하였다. 비교를 위하여 철 코팅작업을 거치지 않은 주문진사(W/O Coating)와 상기에서 제조된 철코팅된 주문진사(ICS)를 이용하여 비소 흡착 실험을 수행하였다. 수용액의 비소 농도를 측정하여 시간에 따른 비소잔존율(초기 비소 농도에 대한 잔존농도의 비)을 그림 5에 나타내었다.
- 비소흡착제(ICZ)의 수명을 예측하기 위하여 ICZ 및 ICS를 21㎝의 칼럼에 충진하여 2.0㎎/ℓ 농도의 의 5가 비소 수용액을 2㎖/min 유량으로 고정시켜 20일간 칼럼을 통과시켰다. 이온세기는 염화나트륨(NaCl)을 사용하여 0.
- 수용액 500㎖를 첨가하고 균일하게 교반시키면서 감압 증류기를 사용하여 수분을 90% 가량 제거하였다. 수분이 제거되고 남은 고형분을 150℃의 온도에서 1시간 조건으로 건조시켰으며, 최종적으로 생성된 고형분을 2시간 동안 상온에서 건조시켜 철 코팅된 ICZ를 제조하였다.
- 수용액 500㎖를 첨가하고, 균일하게 교반시키면서 감압 증류기를 사용하여 수분을 90% 가량 제거하였다. 수분이 제거되고 남은 고형분을 150℃의 온도에서 1시간 조건으로 건조시켰으며, 최종적으로 생성된 고형분을 2시간 동안 상온에서 건조시켜 철 코팅된 주문진사(ICS)를 제조하였다.
- 0㎎/ℓ 농도의 의 5가 비소 수용액을 2㎖/min 유량으로 고정시켜 20일간 칼럼을 통과시켰다. 이온세기는 염화나트륨(NaCl)을 사용하여 0.01M로 고정시키고 Na2SO4를 첨가하여 황산염의 농도를 400㎎/L으로 조정하여 칼럼을 통과한 출구에서 의 비소 수용액을 분석하였다. 20일 동안 칼럼을 통과한 비소 수용액의 시간에 따른 농도 변화를 아래 그림에 나타내었다.
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4.1 흡착제의 제조
제올라이트(ICZ, Iron-Coated Zeolite)를 지지체로서 사용하여 제올라이트 1 ㎏에 pH 10의 10% FeCl3 수용액 500㎖를 첨가하고 균일하게 교반시키면서 감압 증류기를 사용하여 수분을 90% 가량 제거하였다. 수분이 제거되고 남은 고형분을 150℃의 온도에서 1시간 조건으로 건조시켰으며, 최종적으로 생성된 고형분을 2시간 동안 상온에서 건조시켜 철 코팅된 ICZ를 제조하였다.
- 그림 7～10은 갱내수 처리시설과 현장 설치 사진이다. 현장 실험에 앞서 실험에 적용될 폐광산에 대한 사전 조사를 수행하였다. 회분식 실험을 통하여 얻어진 데이터들을 이용하여 ICZ를 사용한 갱내수 처리시설을 만들어 현장에 설치하였다.
- 현장 실험에 앞서 실험에 적용될 폐광산에 대한 사전 조사를 수행하였다. 회분식 실험을 통하여 얻어진 데이터들을 이용하여 ICZ를 사용한 갱내수 처리시설을 만들어 현장에 설치하였다. 갱내수는 수두차에 의해 하루 평균 약 4.
대상 데이터
- 00고속도로 터널현장 00마을 지역 등에서 비소오염 문제가 발생되었고, 중금속 조사결과 비소, 카드뮴, 아연의 오염이 확인되어 추가적인 중금속 처리시설을 설치한 사례이다.
- 환경부에서는 2005년 전국 687개 폐금속 광산에 대한 개황조사를 실시하였다. 개황조사는 오염의 개연성을 평가하기 위하여 갱구 또는 오염원(광미, 폐석)을 시점으로 영향권에 해당하는 2㎞이내에서 3개의 표토와 주변 하천수, 갱내수 및 지하수 등을 채취하여 분석하였고, 개황조사 결과 총 577개 조사대상 광산에서 물시료 1,636개, 갱내수 194개, 하천수 737개, 지하수 698개, 기타(저수지, 침출수) 7개를 채취하였다.
- 현장실험 장소는 경북 구미시 옥관리에 위치하고 있고, 금과 은을 대상으로 한 광산이었다. 1987년 이후 폐광된 것으로 추정되며, 갱구가 보존되어있는 상태이다.
성능/효과
- 따라서, 터널현장을 고려할 때 유지관리가 용이하며, 경제성이 확보된 흡착을 이용한 공법이 가장 적절할 것으로 사료된다. 비소처리공법 비교는 표 3과 같다.
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5.2 흡착제 비교
비소처리기술에 대한 기술성 및 경제성을 검토한 결과 흡착을 이용한 처리공법이 터널폐수 처리에 가장 적합할 것으로 사료된다.
- 실험결과 처리시설을 통과한 갱내수의 비소는 약 7㎕/ℓ를 나타내었고, 비소 제거효율은 약 99%였다. 이는 거의 모든 비소가 갱내수 내의 ICZ에 의해 흡착 제거되었음을 나타낸다.
- 조사결과 비소 기준치(10ppb) 이상으로 검출된 광산은 경기 3개소, 강원 1개소, 충청 8개소, 호남 5개소, 영남 5개소로 나타났고, 총 43개의 시료에서 기준치를 초과하였으며, 초과지역 비소 평균 농도는 304ppb로 조사되었다.
- 방글라데시는 약 3천만명 이상이 비소의 독성에 노출되어 있다. 조사결과 약 43%(약 50,000개의 우물)에서 WHO 기준치 10ppb를 초과하였고, 27%는 방글라데시 기준치 50ppb를 초과한 것으로 나타나고 있어 지난 몇 년간 약 3,534개의 우물을 폐쇄하였다.
- 이는 거의 모든 비소가 갱내수 내의 ICZ에 의해 흡착 제거되었음을 나타낸다. 칼럼실험과 현장 적용실험의 결과를 토대로 ICZ를 현장에 적용할 경우 하루 4.5㎥/day를 처리할 때 ICZ의 수명은 약 2년이 될 것이라고 예상된다.
- 현장 인근 00마을 지역 등에서 비소오염 문제로 민원이 발생되었고, 환경단체는 현장 인근 토양에서 기준치를 초과한 다량의 비소가 검출됐다며 공사중단을 촉구했고, 00환경운동연합은 00마을 일대 파쇄장의 토양오염도를 분석한 결과 비소함량이 41.12㎎/㎏로 기준치(25㎎/㎏)를 초과한 것으로 확인됐다고 밝혔고, 이는 터널 굴착공사에서 발생한 암버력에 의한 것으로 추정되고 있다. 이에 한국도로공사는 중금속 처리시설을 추가 설치하여 비소 오염에 대한 피해를 방지하였다.
- 갱구를 통하여 갱내수가 지속적으로 유출 되고 있고, 주변 농경지에서 갱내수를 농업용수로 이용하고 있었다. 현장실험은 약 10개월간 진행하였고, 갱내수 내 비소 초기농도는 강우량에 영향을 많이 받았다. 비소의 최대 농도는 650㎕/ℓ, 평균 농도는 200㎕/ℓ를 나타내었고(Fig.
후속연구
- 최근 국내 터널기술의 향상은 교통 인프라 개선에 큰 역할을 담당하였으나, 환경오염 가능성은 내재되어 있다. 따라서 향후 국내 터널기술은 양적인 발전 보다 기술적인 발전이 예상되며, 환경 보전을 위한 적극적 노력이 필요한 시점이라 판단된다.
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