[논문]충북 단양 봉양폐탄광 산성광산배수의 수질오염과 침전물의 특성: 철, 알루미늄의 거동을 중심으로

추창오; 이진국

doi:10.9720/kseg.2019.2.163

충북 단양 봉양폐탄광 산성광산배수의 수질오염과 침전물의 특성: 철, 알루미늄의 거동을 중심으로
Characteristics of Water Contamination and Precipitates of Acid Mine Drainage, Bongyang Abandoned Coal Mine, Danyang, Chungbuk Province with Emphasis on Fe and Al behaviors 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.29 no.2, 2019년, pp.163 - 183

초록
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충청북도 단양 월악산국립공원 상류지역의 봉양폐탄광으로부터 발생하는 산성광산배수의 오염 특징과 침전물의 특성을 수질화학분석, XRD, 주사전자현미경(SEM), 적외선분광분석(IR), 핵자기공명분석($^{27}Al$ NMR)을 이용하여 연구하였다. 수질은 pH와 용존이온의 침전에 따라서 변화하며, 포화지수 계산 결과 철, 알루미늄 광물종이 다수 과포화되어 있다. 오렌지색 침전물은 슈베르트마나이트와 침철석으로 구성되며, Leptothrix orchracea 박테리아가 생장한다. 백색 내지 회백색의 침전물은 대부분 독성이 강한 알루미늄 계열이 주를 이루는데, 배스알루미나이트는 결정도가 매우 낮다. 이 백색질 알루미늄광물에서는 소량의 Al-중합체 $Al_{13}$-Tridecamer가 확인된다. 봉양폐탄광의 산성광산배수를 저감, 제어하기 위해서는 무엇보다 함알루미늄 광물의 침전과 용해도를 조절하는 것이 중요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

We investigated acid mine drainage (AMD) of Bongyang abandoned coal mine, Danyang, Chungbuk Province with emphasis on geochemical contaminants in AMD and precipitates using chemical analyses, XRD, SEM, IR, and $^{27}Al$ NMR. Water chemistry changes with pH and oversaturation of chemical species. According to calculation of saturation index, the AMD is saturated with various Fe, Al minerals. Orange or orcher precipitates are composed of schwertmannite and goethite, associated with Leptothrix orchracea bacteria, whereas whitish precipitates are composed mostly of alumimous minerals such as basaluminite with poor crystallinity. The whitish precipitates include trace $Al_{13}$-Tridecamer. It is important to control the precipitation and solubility of aluminous species for ensuring remediation and control for the AMD discharged from the Bongyang abandoned coal mine.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Geological map of the Bongyang abandoned coal mine, Danyang, Chungbuk.
그림 Fig. 2. Sampling sites near the Bongyang coal mine and its acid mine drainage (AMD). Sites BY-3 and BY-9 are located at the confluence of the creek and stream.
그림 Fig. 3. Bongyang abandoned coal mine. (a) Outflow from the pitmouth of the abandoned coal mine. (b) Ochreous precipitates in stream near the pitmouth. (c) Ochreous precipitates mixed with green algae in stream near the pitmouth. (d) Abandoned coal and rock dump.
그림 Fig. 4. Precipitates in middle stream. (a) White precipitates (BY-5). (b) Reservoir dam for AMD (BY-6-1). (c) Outflow from the dam. (d) The confluence of the main creek and outflow (BY-6).
그림 Fig. 5. Physicochemical variations in AMD water.
표 Table 1. Physicochemical properties of the Bongyang AMD. Chemical concentration unit is mg/L unless otherwise noted
그림 Fig. 6. Eh-pH diagram of stream waters showing stability fields of iron and oxyhydrous sulphate minerals. Sch:schwertmannite, Fh: ferrihydrite. BY-0: fresh water, BY-1: outflow of pitmouth ofBongyang abandoned coal mine. Sample numbers from BY-2 to BY-9 are omitted.
표 Table 2. Saturation indices of Bongyang AMD water calculated by Visual MINTEQ. S.l.: saturation index
그림 Fig. 7. Saturation index of chemica l species in AMD ca lculated by Visual MINTEQ.
표 Table 3. Chemical species percentage in AMD waters calculated by Visual MINT EO
$Fig. 8. Powder X - ray diffraction pattern of ocher deposition (BY - 1) downstream near pitmouth of Bongyang abandoned coal mine shows poorly crystallized iron oxyhydroxides including goethite (G) and ferrihydrite (F).$ 그림 Fig. 8. Powder X - ray diffraction pattern of ocher deposition (BY - 1) downstream near pitmouth of Bongyang abandoned coal mine shows poorly crystallized iron oxyhydroxides including goethite (G) and ferrihydrite (F).
$Fig. 9. Powder X-ray diffraction patterns of ocher precipitates downstream of the Bongyang abandoned coal mine show poorly crystallized Al-hydroxysulfate mineral called basaluminite. Q: quartz as impurity.$ 그림 Fig. 9. Powder X-ray diffraction patterns of ocher precipitates downstream of the Bongyang abandoned coal mine show poorly crystallized Al-hydroxysulfate mineral called basaluminite. Q: quartz as impurity.
그림 Fig. 10. Fourier transform Infrared (FTIR) spectra of aluminous white precipitates. Peaks 1: OH stretching vibrations, 2: OH bending vibrations, 3: SO₄ stretching, Al-O stretching vibrations.
그림 Fig. 11. SEM micrographs of dark yellowish orange mass (BY-1) found in ochre deposition near pitm outh of Bongyang abandoned coal mine. (a) Aggregate of thin fibers orfilamentous mass of Leptothrix ochracea. (b) Broken inner surface coating of iron oxyhydroxides with amorphous or irregular-shapes iron particles attached to the bacteria. (c) Urchin-like of aggregates showing abundant schwertmannite and lesser goethite. (d) EDS analysis on the yellow circle area of (c) showing chemical compositions of schwertmannite and goethite. (e) Urchin-like schwertmannite shows crystals with a few tens of nanometers in width. (f) EDS analysis on the yellow circle area of (e) showing schwertm ann ite and lesser goethite. Magnifications: (a) 30Qx, (b) 500x, (c) 15,000x, (e) 50,000x.
그림 Fig. 12. SEM micrographs of whitish precipitates downstream of Bongyang abandoned coal mine. (a) BY-3, (b) EDS
그림 Fig. 13. ²⁷Al NMR spectra of white precipitates in the AMD. Al₁₃- Tridecamer at 60 ppm and 5 coordination in amorphous alumiumcomplex at 32.5~34.3 ppm. 6 coordination in aluminum complex at 4.6~5.4 ppm.
$Fig. 14. Powder X -ray diffraction patterns of waste coal rocks at Bongyang abandoned coal mine. Note the presence of coal as amorphous phase in the range 20~35° 28θ. C calcite, K: kaolinte, M: muscovite, and Q: quartz.$ 그림 Fig. 14. Powder X -ray diffraction patterns of waste coal rocks at Bongyang abandoned coal mine. Note the presence of coal as amorphous phase in the range 20~35° 28θ. C calcite, K: kaolinte, M: muscovite, and Q: quartz.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	문수봉층의 특징은 무엇인가?	대석회암통은 본 역 변성퇴적암층의 기저를 이루며 주로 회색 내지 담청색의 석회암으로 구성된다. 문수봉층은 홍점통에 대비되며, 사암층 내에 원마도가 불량한 역을 함유하고 있는 것이 특징이다. 본 층은 백색 내지 녹회색 석회암층과 역질규암, 혼펠스 등 다양한 암상이 발달하며, 층후는 100~200미터에 달한다.
	침전물의 특성분석에 주사전자현미경(SEM)을 활용한 영상분석 및 화학분석이 매우 유용한 이유는 무엇인가?	따라서 침전물의 생성은 수계로부터 특정한 이온이 제거 또는 저감되는 과정이다. 그런데AMD는 일반적인 수계에 비하여 매우 고농도로 이온이 용존되어 있을지라도, 지표상에서 반응이 일어나는 한계점 때문에 대부분의 경우 이러한 침전물은 결정도가 매우 낮거나, 마이크로미터 또는 나노미터 수준의 초미세 결정입자로 생성되는 경향이 있다. 따라서 침전물의 특성분석에 주사전자현미경(SEM)을 활용한 영상분석 및 화학분석은 매우 유용하다.
	AMD의 주요성분은 무엇인가?	폐탄광(abandoned coal mine)으로부터 발생하는 산성광산배수(acid mine drainage, AMD)인 오염 유출수는 수생태계와 수질에 악영향을 끼칠 수 있으며, 게다가 산성으로 인해 교량이나 하천에 설치된 구조물의 초기 설계시의 예상수명을 단축시키거나, 심각한 손상을 줄 수 있다. AMD의 주요 성분인 철, 황, 알루미늄은 용존되어 이동하거나, 적절한 pH, Eh, 용해도 조건하에서 화학적, 미생물학적(microbial) 작용에 의하여 하상에 침전된다. 이 과정에서 철, 알루미늄, 황산이온은 비소(As), 구리(Cu), 카드뮴(Cd) 등과 같은 유해원소와 공침(coprecipitation)하거나, 흡착되면서 수계의 환경을 제어하게 된다(Carlson et al.

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동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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