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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 안정화제를 이용하는 화학적 안정화방법과 비오염토양을 이용하는 물리적 안정화방법을 폐 금속 광산 주변 농경지에 대규모로 적용하였을 때 적용방법간의 효율성을 평가하고자 수행하였다. 또한, 적용 후 주기적인 모니터링을 통해 안정화 방법의 효율성이 지속되는 기간을 평가하여 향후 중금속 오염 농경지의 복원에 있어 기초자료를 제공하고자 수행하였다.
- 그러므로 본 연구에서는 안정화제를 이용하는 화학적 안정화방법과 비오염토양을 이용하는 물리적 안정화방법을 폐 금속 광산 주변 농경지에 대규모로 적용하였을 때 적용방법간의 효율성을 평가하고자 수행하였다. 또한, 적용 후 주기적인 모니터링을 통해 안정화 방법의 효율성이 지속되는 기간을 평가하여 향후 중금속 오염 농경지의 복원에 있어 기초자료를 제공하고자 수행하였다.
- 본 논문은 중금속 오염 토양에 적용한 화학적 및 물리적 안정화 방법의 효율성과 지속성을 평가하고자 수행하였다. 모니터링 기간 동안 화학적 방법은 처리한 안정화물질의 영향으로 토양 pH가 6.
- 본 연구에서는 현장 실증 시험구에서 채취한 토양 내 중금 속을 두 가지 가용성 침출법을 이용하여 안정화 방법의 효율 지속성을 평가하였다. 토양 내 중금속 함량은 염산(비소 1.
제안 방법
- 0 N HCl) 추출법은 토양 10 g에 추출액 50 mL를 넣고 2시간 반응 후 추출한 여액을 유도결합플라즈마 분광광도계로 분석하였다. NH4NO3 추출방법은 1.0 M로 조제한 침출액 25 mL와 토양 10 g을 2시간 반응시켜 추출한 여액을 유도결합플라즈마분광광도계로 분석하였다. 안정화방법의 지속성 평가는 처리구 토양 내 비소 및 중금속 함량을 주기적으로 모니터링하였고, 추출방법 간 농도 변화 추이를 이용하여 지속성을 평가하였다.
- 0(카드뮴, 납 등) N HCl로 전처리한 용액을 유도결합플라즈마분광광도계(iCAP 6000, Thermo, UK)로 분석하였다. 또한 안정화제 의 수용성 중금속 함량은 고형물과 용출액(증류수에 염산을 첨가하여 pH 5.8로 조절)을 1:20의 비율로 반응시켜 여과 후 유도결합플라즈마분광광도계로 측정하였다.
- 4 m의 높이로 충진하였다. 물리적 안정화 방법의 적용은 비오염토양을 사용하여 복토하거나 희석하는 방법으로 구성하였다. 복토법(Soil covering, SC)은 화학적 안정화 방법의 규모와 동일한 규모의 틀에 하부에 오염토양 0.
- 물리적 안정화 방법의 적용은 비오염토양을 사용하여 복토하거나 희석하는 방법으로 구성하였다. 복토법(Soil covering, SC)은 화학적 안정화 방법의 규모와 동일한 규모의 틀에 하부에 오염토양 0.4 m를 충진하고, 상부에 비오염토양 0.4 m 를 충진하여 구성하였다. 희석법(Soil dilution, SD)은 복토법 과 동일한 양의 오염토양과 비오염토양을 완전 혼합하여 중금속 농도를 기준치 이하까지 낮추는 방법으로 구성 하였다.
- 21과 148 mg/kg으로 비소와 납은 농경지 우려기준을 초과하였고, 카드뮴은 우려기준에 근접하는 오염도를 나타냈다(Table 1). 본 연구에서 채취한 토양의 경우 실제 경작이 행해지는 농경지였으므로 복원 후 농경지로 활용이 필요하며, 현행 기준의 경우 중금속의 총함량을 평가하기 때문에 안정화공법의 성능을 평가하는 방법으로 적절치 못하여 가용성 함량을 평가할 수 있는 기준을 적용하였다.
- 시료의 중금속 함량은 고형물에 왕수(질산 1 : 염산 3)를 첨가하여 분해시켜 추출한 용액과 0.1(비소) 또는 1.0(카드뮴, 납 등) N HCl로 전처리한 용액을 유도결합플라즈마분광광도계(iCAP 6000, Thermo, UK)로 분석하였다. 또한 안정화제 의 수용성 중금속 함량은 고형물과 용출액(증류수에 염산을 첨가하여 pH 5.
- 채취한 토양은 암조건에서 풍건하였고, 건조된 토양을 2 mm 이하로 체거름하여 분석용으로 사용하였다. 안정화 방법의 적용에 따른 토양 내 중금속의 안정화 효율성 및 지속성은 가용성 함량으로 평가하였고, 0.1 또는 1.0 N HCl과 1.0 M NH4NO3으로 전처리 후 유도결합플라즈마분광광도계로 분석하였다.
- 0 M로 조제한 침출액 25 mL와 토양 10 g을 2시간 반응시켜 추출한 여액을 유도결합플라즈마분광광도계로 분석하였다. 안정화방법의 지속성 평가는 처리구 토양 내 비소 및 중금속 함량을 주기적으로 모니터링하였고, 추출방법 간 농도 변화 추이를 이용하여 지속성을 평가하였다.
- 염산(0.1과 1.0 N HCl) 추출법은 토양 10 g에 추출액 50 mL를 넣고 2시간 반응 후 추출한 여액을 유도결합플라즈마 분광광도계로 분석하였다. NH4NO3 추출방법은 1.
- 시험에 사용한 오염토양, 안정화제 및 비오염토양은 국립 농업과학원 화학적 특성 및 중금속 함량은 토양화학분석법, 환경부 토양오염공정시험방법과 환경부 폐기물용출시험법에 준하여 분석하였다. 토양의 pH는 고형물 10 g과 증류수 50 mL를 30분간 반응시킨 후 여과지(Whatman No. 2)로 여과하여 pH meter (FE 20, Mettler-Toledo, Korea)를 이용하여 측정하였다. 토양의 유효인산 함량은 bray No.
- 화학적 및 물리적 안정화 방법의 적용은 실제 현장에서 대규모(Microcosm scale)로 진행하였고, 균일한 오염도 분포를 목적으로 예정 부지의 토양을 굴착한 후 균일하게 혼합하여 사용하였다.
- 화학적 및 물리적 안정화 방법이 적용된 현장 실증시험구의 모니터링은 120주(2009년 9월-2011년 9월) 동안 진행하였고(Fig. 1), 주기적으로 표토(0~30 cm)를 채취하여 분석하였다. 채취한 토양은 암조건에서 풍건하였고, 건조된 토양을 2 mm 이하로 체거름하여 분석용으로 사용하였다.
대상 데이터
- , 2012). 물리적 안정화 방법에 사용한 비오염토양은 폐 광산의 오염원인 광미, 폐석 및 침출수 등과 개연성이 없는 토양을 대상지 주변에서 채취하여 사용하였다.
- 대상 농경지의 경우 광산 주변에 적치되어 있던 광미 및 폐석이 강우에 의해 주변 농경지로 유입되어 오염이 확산된 것으로 알려져 있으며, 다수의 선행연구에서 고농도의 비소 및 중금속 오염이 보고되었다. 선정된 오염 농경지는 과거 광미장이 위치하여 오염물질의 유입 가능성이 큰 곳 중 실제 경작이 이루어지고 있는 논을 시험부지로 선정하였다.
- 안정화 방법의 효율성 및 지속성을 평가하기 위한 시험은 경상북도 봉화군에 위치한 폐금속광산인 풍정광산 주변 농경지에서 수행하였다. 대상 농경지의 경우 광산 주변에 적치되어 있던 광미 및 폐석이 강우에 의해 주변 농경지로 유입되어 오염이 확산된 것으로 알려져 있으며, 다수의 선행연구에서 고농도의 비소 및 중금속 오염이 보고되었다.
- 화학적 안정화 방법에 사용한 안정화제는 농업용 탄산칼슘(Agricultural calcium carbonate, ACC), 탄산석회고토 (Calcium magnesium carbonate, CMC), 제올라이트(Zeolite, ZL)와 제강슬래그(Basic oxygen furnace slag, BOFS)를 사용하였다. 선정된 안정화제의 경우 중금속 복원과 관련된 선행연구에서 사용한 사례의 빈도와 효율성이 높은 것으로 알려져 있으며, 탄산칼슘과 제강슬래그의 경우 국내 폐광산주변 농경지 복원사업을 주로 수행하는 한국광해관리공단에서 복원사업에 사용하는 물질이다(Allen et al.
이론/모형
- 시험에 사용한 오염토양, 안정화제 및 비오염토양은 국립 농업과학원 화학적 특성 및 중금속 함량은 토양화학분석법, 환경부 토양오염공정시험방법과 환경부 폐기물용출시험법에 준하여 분석하였다. 토양의 pH는 고형물 10 g과 증류수 50 mL를 30분간 반응시킨 후 여과지(Whatman No.
- 본 연구에서는 현장 실증 시험구에서 채취한 토양 내 중금 속을 두 가지 가용성 침출법을 이용하여 안정화 방법의 효율 지속성을 평가하였다. 토양 내 중금속 함량은 염산(비소 1.0 N HCl, 카드뮴과 납 0.1 N HCl) 침출법과 독일 및 오스트리아의 토양 내 중금속의 식물유효도를 모사하는 1.0 M NH4NO3 침출법을 사용하였다.
- 2)로 여과하여 pH meter (FE 20, Mettler-Toledo, Korea)를 이용하여 측정하였다. 토양의 유효인산 함량은 bray No.1법과 염화 주석 환원법을 사용하여 암모니움 파라몰리브데이트로 발색시켜 전처리하여 자외선-가시광산 분광광도계(UV-240, Shimadzu) 로 비색 정량하였고, 토성은 비중계법(Hydrometer method)을 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 07 mg/kg) 수준까지 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 120주에 채취한 시료의 비소 함량은 오스트리아에서 정하는 식물의 질에 영향을 미치는 토양질 기준을 초과하는 수준인 것으 로 나타났다.
- 08 mg/kg로 대조구의 약 60%와 40% 수준인 것으로 나타났다. 또한 물리적 안정화 방법의 경우 32주가 경과하면 급격히 농도가 증가하는 것으로 나타났다.
- 안정화 방법의 적용에 따른 효율 지속성 평가 결과 화학적 및 물리적 안정화 방법의 적용은 HCl 침출법의 경우 120주 동안 효율성이 유지되었으며, NH4NO3 침출법의 경우 적용 후 32주 정도로 한시적인 지속성을 나타냈다. 또한 카드뮴, 납과 같은 양이온성 중금속의 경우 시간 경과에 따른 효율성의 변화가 거의 나타나지 않았지만, 비소의 경우 32주 후 부터 초기 농도의 50%이 하로 효율성이 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 화학적 및 물리적 안정화 방법의 오염토양 적용은 중금속 및 비소의 함량을 저감시킬 수 있었고, 특히 복토법을 적용한 처리구의 효율성이 가장 높은 것으로 나타냈다.
- 09 mg/kg 의 수준으로 독일 및 오스트리아의 기준치를 초과하는 것으로 나타났다. 또한, 물리적 안정화 방법이 적용된 처리구 토양 경우 복토법은 HCl와 NH4NO3 침출법에 대해 평균 0.06 mg/kg과 0.05 mg/kg의 수준을 유지하였지만, 희석법의 경 우 평균 0.60과 0.08 mg/kg로 대조구의 약 60%와 40% 수준인 것으로 나타났다. 또한 물리적 안정화 방법의 경우 32주가 경과하면 급격히 농도가 증가하는 것으로 나타났다.
- 본 논문은 중금속 오염 토양에 적용한 화학적 및 물리적 안정화 방법의 효율성과 지속성을 평가하고자 수행하였다. 모니터링 기간 동안 화학적 방법은 처리한 안정화물질의 영향으로 토양 pH가 6.77-8.20로 대조구보다 유의하게 증가하였고, 물리적 방법은 대조구와 유사한 6.5 수준을 유지하는 것으로 나타났다. 토양의 카드뮴, 납 및 비소 함량은 화학적 안정화 방법이 적용된 처리구에서 대조구보다 약 50% 감소하였으며, 시간 경과에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 보였다.
- 토양의 카드뮴, 납 및 비소 함량은 화학적 안정화 방법이 적용된 처리구에서 대조구보다 약 50% 감소하였으며, 시간 경과에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 물리적 안정화 방법 중 복토법이 적용된 처리구 토양의 카드뮴, 납 및 비소의 농도는 0.13, 6.77과 0.90 mg/kg으로 낮은 함량을 나타냈지만, 희석법 처리구의 경우 카드뮴, 납 및 비소 농도가 0.79, 77.8과 5.75 mg/kg으로 대조구의 73-78% 수준까지 시간 경과에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 안정화 방법의 적용에 따른 효율 지속성 평가 결과 화학적 및 물리적 안정화 방법의 적용은 HCl 침출법의 경우 120주 동안 효율성이 유지되었으며, NH4NO3 침출법의 경우 적용 후 32주 정도로 한시적인 지속성을 나타냈다.
- 05 mg/kg)의 순으로 나타났다. 물리적 안정화 방법은 HCl과 NH4NO3 침출법에 의한 평균 함량으로 각각 복토법(0.69와 0.04 mg/kg)이 희석법(5.22와 0.07 mg/kg) 에 비해 높은 안정화 효율을 보였다.
- 04 mg/kg를 초과하였지만, 제강슬래그와 백운석의 처리로 기준를 만족하는 수준까지 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 물리적 안정화 방법의 경우도 모든 침출법에 대해 효율성이 있는 것으로 나타났고, 대조구와 비교하였을 때 HCl과 NH4NO3에 대해 각각 43~94%와 61~77%의 효율성을 나타냈다.
- 17)의 순으로 나타났다. 물리적 안정화 방법이 적용된 시험 처리구 토양의 pH는 초기 오염 토양과 비오염토양의 특성을 그대로 반영하여 모니터링 기간 동안 약 6.5 수준을 유지하는 것으로 나타났다.
- 물리적 안정화방법에 사용한 비오염토양의 pH1:5는 6.44 로 오염토양과 비슷한 수준의 약산성으로 나타났고, 비소, 카드뮴 및 납의 염산 가용성 함량은 각각 0.68, 0.06과 0.71 mg/kg으로 농경지 우려기준보다 낮은 것으로 나타났다. 시험에 사용한 비오염토양의 특성은 국내 광해방지사업을 수행하는 한국광해관리공단의 규격(토양 내 중금속 함량은 농경지 기준치의 50% 이내)을 만족하는 수준으로 나타났다.
- 05 mg/kg)로 안정화제 별 처리 효과가 크지 않은 것으로 나타났다. 복토법과 희석법의 적용은 HCl 침출법에 의한 농도가 각각 4.66과 61.5 mg/kg으로 큰 차이를 보이지만, 침출법에 의한 농도는 0.03과 0.04 mg/kg으로 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다.
- 위의 결과에서 안정화 방법의 효율 지속성 평가는 토양 내 중금속을 침출하는 방법의 선택에 따라 달라질 수 있는 것으로 나타났으며, 사용하는 침출액의 산도가 상대적으로 높을수록 안정화 방법 지속성은 긴 것으로 평가되었다. 본 연구에서 사용한 상대적으로 높은 산도를 갖는 HCl의 경우 카드뮴, 납및 비소에 대해 120주까지 효율성이 지속되었지만, 상대적으로 약한 산도의 NH4NO3는 약 1년 미만에서 효율성이 감소하 는 것으로 나타났다. 특히 화학적 안정화 방법은 물리적 안정화 방법에 비해 침출액 산도의 영향이 더 큰 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 실증시험이 진행된 오염 농경지의 토성은 모래 61.1%, 미사 28.5%와 점토 10.4%로 USDA의 삼각도의 분류에 따라 사양토(Sandy loam)로 나타났다. 토양의 pH1:5는 6.
- 또한 카드뮴, 납과 같은 양이온성 중금속의 경우 시간 경과에 따른 효율성의 변화가 거의 나타나지 않았지만, 비소의 경우 32주 후 부터 초기 농도의 50%이 하로 효율성이 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 화학적 및 물리적 안정화 방법의 오염토양 적용은 중금속 및 비소의 함량을 저감시킬 수 있었고, 특히 복토법을 적용한 처리구의 효율성이 가장 높은 것으로 나타냈다. 하지만 복토법, 희석법과 같은 물리적 안정화 방법은 적용 후 시간 경과에 따라 지속적으로 농도가 증가하였고, 이는 장기적인 측면에서 평가할 때 잠재적인 위해성이 고려한 보안된 형태의 방법으로 적용해야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 안정화 방법의 효율성이 카드뮴과 납의 경우 64주와 비소의 경우 120주까지 지속되는 것으로 나타났다. 하지만 Wang 등(2014)은 안정화 방법으로 중금속을 안정화시킨 부지를 17년 간 모니터링 했을 때 5년 경과 시점보다 17년 경과 시점에서 금속이온의 침출량이 감소하는 것으로 보고하였다.
- 하지만 희석법의 경우 안정화 방 법 적용 후 8주차까지 대조구의 60%에서 16주부터는 대조구의 80% 수준으로 증가하는 경향을 보였다. 비소의 안정화 효율 지속성을 NH4NO3 침출법으로 평가할 경우 모든 안정화 방법 처리구에서 64주까지 대조구의 20% (0.02~0.03 mg/kg) 수준이었지만, 120주차 시료에서 대조구의 50% (0.05~0.07 mg/kg) 수준까지 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 120주에 채취한 시료의 비소 함량은 오스트리아에서 정하는 식물의 질에 영향을 미치는 토양질 기준을 초과하는 수준인 것으 로 나타났다.
- 1 mg/kg 이상의 농도를 보였다. 시험에 사용한 모든 화학적 및 물리적 안정화 방법은 오염 토양 내 비소 함량을 농경지 내에서 식물의 질에 위해한 영향을 미치지 않는 수준까지 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 71 mg/kg으로 농경지 우려기준보다 낮은 것으로 나타났다. 시험에 사용한 비오염토양의 특성은 국내 광해방지사업을 수행하는 한국광해관리공단의 규격(토양 내 중금속 함량은 농경지 기준치의 50% 이내)을 만족하는 수준으로 나타났다.
- 75 mg/kg으로 대조구의 73-78% 수준까지 시간 경과에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 안정화 방법의 적용에 따른 효율 지속성 평가 결과 화학적 및 물리적 안정화 방법의 적용은 HCl 침출법의 경우 120주 동안 효율성이 유지되었으며, NH4NO3 침출법의 경우 적용 후 32주 정도로 한시적인 지속성을 나타냈다. 또한 카드뮴, 납과 같은 양이온성 중금속의 경우 시간 경과에 따른 효율성의 변화가 거의 나타나지 않았지만, 비소의 경우 32주 후 부터 초기 농도의 50%이 하로 효율성이 증가하는 경향을 보였다.
- 안정화제의 수용성 비소, 카드뮴 및 납 함량은 모든 안정화제에서 “불검출(Not detected, ND)” 수준인 것으로 나타났다.
- 오염토양에 적용된 안정화 방법은 토양 내 비소를 HCl과 NH4NO3 침출법에 의한 평균 함량에 대해 각각 13~90%와 42~65%의 효율성을 보였고, 화학적 방법에 비해 물리적 방법의 적용이 효율적인 것으로 나타났다. 화학적 안정화 방법의 경우 카드뮴과 납의 안정화와 달리 제강슬래그의 효율성이 가장 우수한 것으로 나타났고, 물리적 안정화 방법은 카드 뮴과 납의 안정화와 마찬가지로 복토법이 가장 높은 효율성을 나타냈다.
- 1 mg/kg으로 나타났다. 오염토양의 비소, 카드뮴 및 납의 염산 가용성 함량은 각각 10.6, 1.21과 148 mg/kg으로 비소와 납은 농경지 우려기준을 초과하였고, 카드뮴은 우려기준에 근접하는 오염도를 나타냈다(Table 1). 본 연구에서 채취한 토양의 경우 실제 경작이 행해지는 농경지였으므로 복원 후 농경지로 활용이 필요하며, 현행 기준의 경우 중금속의 총함량을 평가하기 때문에 안정화공법의 성능을 평가하는 방법으로 적절치 못하여 가용성 함량을 평가할 수 있는 기준을 적용하였다.
- 위의 결과에서 안정화 방법의 효율 지속성 평가는 토양 내 중금속을 침출하는 방법의 선택에 따라 달라질 수 있는 것으로 나타났으며, 사용하는 침출액의 산도가 상대적으로 높을수록 안정화 방법 지속성은 긴 것으로 평가되었다. 본 연구에서 사용한 상대적으로 높은 산도를 갖는 HCl의 경우 카드뮴, 납및 비소에 대해 120주까지 효율성이 지속되었지만, 상대적으로 약한 산도의 NH4NO3는 약 1년 미만에서 효율성이 감소하 는 것으로 나타났다.
- 안정화제의 수용성 비소, 카드뮴 및 납 함량은 모든 안정화제에서 “불검출(Not detected, ND)” 수준인 것으로 나타났다. 총함량의 경우 비소 0.01~0.94, 카드뮴 0.01~17.4과 납 0.45~8.56 mg/L의 범위로 나타났으며, 제강슬래그가 함유하는 카드뮴의 경우 농경지 토양오염 기준을 초과하는 수준으로 나타났다. 제강슬래그의 경우 토양 처리시 카드뮴에 대한 안전성을 면밀히 검토해야 하는 것으로 판단된다.
- 토양 내 납의 안정화 지속성은 물리적 및 화학적 안정화 방법의 적용에 따라 HCl 침출법의 경우 120주 동안 일정한 효율성이 유지되는 경향을 보였지만, NH4NO3 침출법을 사용하였을 때에는 모든 처리구에서 64주부터 급격한 농도의 증가를 보였다.
- 토양 내 납의 평균 함량은 화학적 및 물리적 안정화 방법에 따라 대조구와 비교하였을 때 HCl과 NH4NO3 침출법에 대해 각각 34~72%, 41~96%와 76~84%, 87~90%의 안정화 효율성을 보였다. 화학적 안정화 방법이 적용된 처리구의 납 함량은 HCl 침출법에 대해 대조구(106 mg/kg)>제강슬래그 (69.
- 토양 내 비소에 대한 안정화 방법의 효율 지속성을 HCl 침출법을 사용하여 평가하였을 때 화학적 안정화 방법은 32주 부터 대조구의 50% 수준으로 감소하였으며, 모니터링 최종 시점인 120주까지 효율성이 지속되는 것으로 나타났다. 물리적 안정화 방법 중 복토법은 모니터링 기간 0.
- 토양 내 비소에 대한 안정화 방법의 효율성은 물리적 안정화 방법 중 복토법(88%)이 가장 높은 효율성을 보였지만, 물리적 안정화 방법의 경우 시간 경과에 따라 지속적으로 비소의 함량이 증가하는 경향을 보였다(Fig. 5). 하지만 화학적 안정화 방법의 경우 시험구를 구성하고 1년 경과 후부터 모든 안정화제 처리구에서 감소하였으며, 농업용 탄산칼슘(53%)과제강슬래그(61%) 처리구의 효율성이 가장 높은 것으로 나타났다.
- 토양 내 카드뮴과 납 함량은 화학적 안정화 방법이 적용된 처리구에서 연차별로 소폭 증감하는 것으로 나타났고, 물리적 안정화 방법 처리구의 경우 시간 경과에 따라 지속적으로 증가하는 경향으로 나타났다(Fig. 3과 4). 토양 내 카드뮴과 납에 대한 화학적 안정화 방법의 처리 효율성은 45~61%와 36~77%의 범위로 농업용 탄산칼슘과 백운석의 처리 효과가 가장 높은 것으로 나타났다.
- 3과 4). 토양 내 카드뮴과 납에 대한 화학적 안정화 방법의 처리 효율성은 45~61%와 36~77%의 범위로 농업용 탄산칼슘과 백운석의 처리 효과가 가장 높은 것으로 나타났다. 화학적 안정화 방법의 경우 모니터링 시기에 따라 안정화 효율성이 달라지는 것으로 나타났고, 이는 처리된 안정화제의 영향으로 안정화되었던 반응생성 물이 강우와 같은 외부 요인에 의해 화합물의 형태가 변하며 나타난 것으로 판단된다.
- 토양 내 카드뮴과 납의 안정화 효율성은 화학적 안정화 방법의 적용으로 모든 처리구에서 약 50% 수준의 안정화 효율 성을 보였고, 사용한 안정화제 중 탄산석회의 효율성이 가장 높은 것으로 나타났다(Fig. 3-(a)와 4-(a)).
- 토양의 카드뮴 함량은 HCl 침출법에 대해 대조구 (1.16 mg/kg)>제올라이트(0.72 mg/kg)>제강슬래그(0.67 mg/kg)>백운석(0.64 mg/kg)>농업용 탄산칼슘(0.57 mg/kg) 과 NH4NO3 침출법에 대해 대조구(0.11 mg/kg)>제올라이트(0.05 mg/kg)>농업용 탄산칼슘(0.04 mg/kg)>제강슬래그(0.03 mg/kg)≈백운석(0.03 mg/kg)의 순으로 나타났다.
- 5 수준을 유지하는 것으로 나타났다. 토양의 카드뮴, 납 및 비소 함량은 화학적 안정화 방법이 적용된 처리구에서 대조구보다 약 50% 감소하였으며, 시간 경과에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 물리적 안정화 방법 중 복토법이 적용된 처리구 토양의 카드뮴, 납 및 비소의 농도는 0.
- 본 연구에서 사용한 상대적으로 높은 산도를 갖는 HCl의 경우 카드뮴, 납및 비소에 대해 120주까지 효율성이 지속되었지만, 상대적으로 약한 산도의 NH4NO3는 약 1년 미만에서 효율성이 감소하 는 것으로 나타났다. 특히 화학적 안정화 방법은 물리적 안정화 방법에 비해 침출액 산도의 영향이 더 큰 것으로 나타났다.
- 03 mg/kg)의 순으로 나타났다. 특히, NH4NO3 침출법의 경우 대조구에서 독일 및 오스트리아의 식물의 질에 영향을 미치는 토양질 기준인 0.04 mg/kg를 초과하였지만, 제강슬래그와 백운석의 처리로 기준를 만족하는 수준까지 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 물리적 안정화 방법의 경우도 모든 침출법에 대해 효율성이 있는 것으로 나타났고, 대조구와 비교하였을 때 HCl과 NH4NO3에 대해 각각 43~94%와 61~77%의 효율성을 나타냈다.
- 하지만 화학적 및 물리적 안정화 방법의 적용으로 32주차까지는 모든 기준치를 만족하였고, 64주차부터 독일에서 사용하는 식물의 질에 영향을 미치는 농도 수준까지 증가하는 것으로 나타났다.
- 5). 하지만 화학적 안정화 방법의 경우 시험구를 구성하고 1년 경과 후부터 모든 안정화제 처리구에서 감소하였으며, 농업용 탄산칼슘(53%)과제강슬래그(61%) 처리구의 효율성이 가장 높은 것으로 나타났다. 화학적 안정화 방법은 안정화제 처리로 토양 내 가용성 비소가 화학적으로 안정한 형태의 화합물을 형성하는 기작이 발현되는 충분한 반응시간을 가져야하므로 지속적으로 감소하는 경향을 보인 것으로 판단되며, 물리적 안정화 방법의 경우 카드뮴과 납의 안정화와 같이 토양의 물리적 혼합, 수분의 이동 등에 의해 영향을 받아 토양 내 농도가 증가한 것으로 판단된다.
- 화학적 및 물리적 안정화 방법이 적용된 시험구 대조구 토양 내 비소의 NH4NO3 침출법에 의한 모니터링 기간 평균 함량은 각각 0.13과 0.11 mg/kg으로 독일과 오스트리아의 식물 생육에 영향을 미치는 토양질 기준인 0.4와 0.6 mg/kg 이하의 농도였지만, 오스트리아에서 사용하는 식물의 질에 영향을 미치는 토양질 기준인 0.1 mg/kg 이상의 농도를 보였다. 시험에 사용한 모든 화학적 및 물리적 안정화 방법은 오염 토양 내 비소 함량을 농경지 내에서 식물의 질에 위해한 영향을 미치지 않는 수준까지 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 화학적 안정화 방법에 사용한 농업용 탄산칼슘, 탄산석회고토, 제올라이트와 제강슬래그의 pH1:5는 9.14, 10.3, 11.1과 10.7로 강알칼리 특성을 갖는 것으로 나타났다. 안정화제의 수용성 비소, 카드뮴 및 납 함량은 모든 안정화제에서 “불검출(Not detected, ND)” 수준인 것으로 나타났다.
- 화학적 안정화 방법에 사용한 안정화제의 종류에 따른 효율 성은 HCl 침출법에 의한 평균 함량으로 대조구(5.93 mg/kg) >제올라이트(5.18 mg/kg)>백운석(5.03 mg/kg)>농업용 탄산칼슘(3.55 mg/kg)>제강슬래그(3.36 mg/kg)와 NH4NO3 침출법에 의한 함량은 대조구 (0.13 mg/kg)>제올라이트(0.07 mg/kg)>백운석(0.06 mg/kg)>제강슬래그 (0.06 mg/kg)>농업용 탄산칼슘(0.05 mg/kg)의 순으로 나타났다.
- 화학적 안정화 방법은 안정화제 처리에 따라 토양의 pH가 무처리구 보다 유의하게 증가하였고, 마지막 모니터링 시점의 pH는 탄 산석회고토(8.20)>제강슬래그(7.94)>농업용 탄산칼슘(7.48)> 제올라이트(6.77)>무처리구(6.17)의 순으로 나타났다.
- 침출법에 의한 평균 함량에 대해 각각 13~90%와 42~65%의 효율성을 보였고, 화학적 방법에 비해 물리적 방법의 적용이 효율적인 것으로 나타났다. 화학적 안정화 방법의 경우 카드뮴과 납의 안정화와 달리 제강슬래그의 효율성이 가장 우수한 것으로 나타났고, 물리적 안정화 방법은 카드 뮴과 납의 안정화와 마찬가지로 복토법이 가장 높은 효율성을 나타냈다.
- 화학적 안정화 방법의 적용은 모니터링 기간 동안 HCl 침 출법에 대해 큰 변화 없이 효율성이 120주까지 유지되는 경향을 보였지만, NH4NO3 침출법은 64주부터 0.04~0.09 mg/kg 의 수준으로 독일 및 오스트리아의 기준치를 초과하는 것으로 나타났다. 또한, 물리적 안정화 방법이 적용된 처리구 토양 경우 복토법은 HCl와 NH4NO3 침출법에 대해 평균 0.
- 화학적 안정화 방법이 적용된 시험구 토양의 모니터링 기간 평균 카드뮴 함량은 HCl과 NH4NO3 침출법에 대해 대조구보다 38~51%와 52~78% 낮은 수준인 것으로 나타났다 (Fig. 6). 토양의 카드뮴 함량은 HCl 침출법에 대해 대조구 (1.
- 화학적 안정화 방법이 적용된 처리구의 납 함량은 HCl 침출법에 대해 대조구(106 mg/kg)>제강슬래그 (69.9 mg/kg)>백운석(55.0 mg/kg)>제올라이트(49.3 mg/kg) >농업용 탄산칼슘(29.8 mg/kg)의 순으로 안정화제의 종류에 따라 효율성에 큰 차이가 있었지만, NH4NO3 침출법의 경우 대조구(0.29 mg/kg)>제올라이트(0.07 mg/kg)≈농업용 탄산칼슘(0.07 mg/kg)>제강슬래그(0.06 mg/kg)≈백운 석(0.05 mg/kg)로 안정화제 별 처리 효과가 크지 않은 것으로 나타났다.
후속연구
- 하지만, 위의 결과는 기후 영향과 같은 외부 영향 변수를 고려하지 않았을 때 토양으로부터 침출된 농도만을 이용해 평가한 결과로 안정화 효율 지속성을 정확히 판정할 수 없었다. 그렇기 때문에 향후 이와 유사한 연구에서 기후, 강우 등의 환경 요건을 고려하며 중장기적인 모니터링 연구를 수반하여 효율성과 지속성을 면밀히 검토야야 할 것으로 판단된다. 또한, 안정화 방법의 특성을 반영할 수 있는 중금속의 기준과 유효도를 반영할 수 있는 명확한 침출법이 제시되어야 할 것으로 판단된다.
- 그렇기 때문에 향후 이와 유사한 연구에서 기후, 강우 등의 환경 요건을 고려하며 중장기적인 모니터링 연구를 수반하여 효율성과 지속성을 면밀히 검토야야 할 것으로 판단된다. 또한, 안정화 방법의 특성을 반영할 수 있는 중금속의 기준과 유효도를 반영할 수 있는 명확한 침출법이 제시되어야 할 것으로 판단된다.
- 하지만 Wang 등(2014)은 안정화 방법으로 중금속을 안정화시킨 부지를 17년 간 모니터링 했을 때 5년 경과 시점보다 17년 경과 시점에서 금속이온의 침출량이 감소하는 것으로 보고하였다. 이는 처리 후 안정화 처리에 따른 수화과정이 5년 이후 완료되어 나타난 것으로 중-장기적인 모니터링 연구를 수반하여 효율성과 지속성을 면밀히 검토야야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 화학적 및 물리적 안정화 방법의 오염토양 적용은 중금속 및 비소의 함량을 저감시킬 수 있었고, 특히 복토법을 적용한 처리구의 효율성이 가장 높은 것으로 나타냈다. 하지만 복토법, 희석법과 같은 물리적 안정화 방법은 적용 후 시간 경과에 따라 지속적으로 농도가 증가하였고, 이는 장기적인 측면에서 평가할 때 잠재적인 위해성이 고려한 보안된 형태의 방법으로 적용해야 할 것으로 판단된다. 화학 적 안정화방법의 경우 모니터링 기간 동안 효율성이 유지 또는 감소하는 경향을 보여 장기적인 측면에서 물리적방법보다 우수할 수 있을 것으로 판단된다.
- 화학 적 안정화방법의 경우 모니터링 기간 동안 효율성이 유지 또는 감소하는 경향을 보여 장기적인 측면에서 물리적방법보다 우수할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만, 위의 결과는 기후 영향과 같은 외부 영향 변수를 고려하지 않았을 때 토양으로부터 침출된 농도만을 이용해 평가한 결과로 안정화 효율 지속성을 정확히 판정할 수 없었다. 그렇기 때문에 향후 이와 유사한 연구에서 기후, 강우 등의 환경 요건을 고려하며 중장기적인 모니터링 연구를 수반하여 효율성과 지속성을 면밀히 검토야야 할 것으로 판단된다.
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