[논문]광산지역 비소오염 경사 농경지 토양의 안정화 및 유실 저감을 위한 석탄광산배수슬러지의 적용성 평가

고일하; 권요셉; 정문호; 지원현

doi:10.7857/jsge.2021.26.6.018

광산지역 비소오염 경사 농경지 토양의 안정화 및 유실 저감을 위한 석탄광산배수슬러지의 적용성 평가
Soil Loss Reduction and Stabilization of Arsenic Contaminated Soil in Sloped Farmland using CMDS (Coal Mine Drainage Sludge) under Rainfall Simulation 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.26 no.6, 2021년, pp.18 - 26

고일하 (환경기술정책연구원 (NeLab)) , 권요셉 (환경기술정책연구원 (NeLab)) , 정문호 (한국광해광업공단 기술연구원) , 지원현 (호서대학교 창의교양학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Soil aggregation begins with flocculation of clay particles triggered by interfacial reactions of polyvalent cation such as Ca2+ and Fe3+, and they are also known as important elements to control the mobility of arsenic in soil environment. The objective of this study was to investigate the feasibility of CMDS (coal mine drainage sludge) for soil loss reduction and stabilization of arsenic-contaminated soil in a 37% sloped farmland under rainfall simulation. The amount of soil loss decreased by 43% when CMDS was applied, and this result was not significantly different from the case of limestone application, which yielded 46% decrease of soil loss. However, the relative amount of dispersed clay particles in the sediment CMDS-applied soil was 10% lower than that of limestone-applied soil, suggesting CMDS is more effective than limestone in inducing soil aggregation. The concentrations of bioavailable arsenic in CMDS amended soil decreased by 46%~78%, which was lower than the amount in limestone amended soil. Therefore, CMDS can be used as an effective amendment material to reduce soil loss and stabilize arsenic in sloped farmland areas.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Schematic diagram of rainfall simulation.
표 Table 1. pH and the concentrations of inorganic contaminants of the studied soil
표 Table 2. pH and the concentrations of inorganic elements of the CMDS
그림 Fig. 2. Status of water drainage in the chambers before rainfall simulation (Left: control; Right: CMDS treated).
표 Table 3. Chemical properties of run-off water
그림 Fig. 3. Soil loss from amended soils in the rainfall simulation experiment ((A) the variation of cumulative suspended solid as time lapse; (B) total soil loss).
그림 Fig. 4. Particle distribution of the sediments.
표 Table 4. Chemical properties of the residual soils
그림 Fig. 5. Bioavailable As content in residual soils ((A) extracted with phytic/oxalic acid (Gongzaga et al. (2012)); (B) extracted with Mehlich 3 extractant including CH₃COOH, NH₄NO₃, etc. (Mehlich, 1984)).

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이에 본 연구에서는 CMDS를 혼합한 비소 오염 경사농경지 토양의 유실억제 가능성과 비소의 안정화 효과 발현 여부를 인공강우 실험을 통해 검토하였다. CMDS 역시 칼슘 기반의 알칼리 물질이므로 경사 농경지에 처리하는 경우 양이온 작용으로 인한 표토의 유실억제가 가능할 것으로 예상할 수 있다.

가설 설정

본 실험에서 모사한 인공강우량은 시간당 100mm 수준이었다. 즉, 수도와 연결된 노즐을 이용해 토조 지표면으로부터 1.25m 상부에서 60분 동안 100mm의 강우량을 가정한 수돗물을 살수하였다.
1). 토조의 경사각은 급경사지임을 가정하여 국내 산지관리법의 산지특성 평가지표에서 제시하는 범위에 속하는 37% 조건을 적용하였다. 본 실험에서 모사한 인공강우량은 시간당 100mm 수준이었다.

제안 방법

강우모사 시 첫 30분 동안은 5분 간격으로, 이후 30분 동안은 10분 간격으로 유거수를 채수한 직후 부유물질 (SS) 농도를 측정하였다. 아울러 20분 간격으로는 추가적으로 유거수의 pH와 EC를 측정하였다.
본 연구에서는 비소로 오염된 급경사 농경지(밭)을 대상으로 CMDS의 토양유실억제와 비소의 안정화 효과를 실내 인공강우 실험(강우강도 100mm/h, 토조 경사도 37%)을 통해 검토하였다. 아울러 광해방지사업 현장에서 안정화제로 적용되고 있는 석회석도 CMDS의 비교를 위해 추가‧검토하였다.
아울러 20분 간격으로는 추가적으로 유거수의 pH와 EC를 측정하였다. 인공강우 실험 시발 생한 유거수는 토조 하부의 집수조에 전량 채수되었으며, 집수된 유거수를 대상으로 칼슘 농도를 분석하였다. 이는 앞선 pH, EC와 함께 토양 내 처리제의 반응 여부를 확인하기 위한 것이었다.
최초 토조 설치 후 처리제와 토양의 반응이 충분이 발행한 것으로 예상한 8일 경과시점에서 인공강우 실험을 실시하였다(Fig. 1).

대상 데이터

Table 4는 인공강우 실험 종료 후 토조 내 잔류 토양의 이화학 특성을 분석한 결과이다. 본 분석결과는 토양 내 칼슘을 함유한 알칼리 물질이 투여될 경우 변화가 발생될 것으로 예상되는 항목을 대상으로 한 것이었다.
인공강우 실험 대상 토양은 강원도 영월군 소재 폐석탄광산 주변지역의 실제 급경사 농경지에서 채취한 것이었다. 채취 시 현장에서 바로 5mm 체질을 실시해 해당 크기 미만의 토양입자를 실험대상으로 하였다.
인공강우 실험 대상 토양은 강원도 영월군 소재 폐석탄광산 주변지역의 실제 급경사 농경지에서 채취한 것이었다. 채취 시 현장에서 바로 5mm 체질을 실시해 해당 크기 미만의 토양입자를 실험대상으로 하였다. 체질한 토양을 실험실 입고 후 균질하게 혼합하였고, 이후 7일 동안 자연건조하였다.

이론/모형

)를 이용하여 측정‧분석하였다. 매질별 공정시험기준에 따라 전처리가 완료된 유거수와 토양의 비소나 칼슘 등의 무기원소는 ICP-OES(model 8300, Prekin-Elmer Inc.)를 이용하여 그 농도를 정량하였다. 이외 토양 이화학 항목인 유효인산은 UV-VIS(model Lamda 25, Perkin-Elmer Inc.

성능/효과

2종의 생물학적 유효도 분석법을 통해 확인한 토양 비소의 유효도는 CMDS가 처리된 토양에서만 모두 감소한 결과를 보였다. 유효도 저감효율은 46%와 78%로 오염물질의 안정화 효과가 석회석보다 우위에 있음을 나타내었다.
따라서 비소 오염 농경지에 CMDS를 투여할 경우 농작물의 비소 전이감소에 효과가 있을 것으로 보인다. 다만, CMDS 투여 시 농경지 토양에 필수적인 유효인산이 Ca-P 결합으로 침전할 가능성, 이를 막기 위해 유효 인산을 추가 투여할 경우 비소의 유효도가 역으로 증가할 가능성이 있다. 따라서 향후 실제 현장에서는 유효인산과 비소의 유효도에 대한 적정 교차점 설정이 필요할 것이다.
이는 곧 CMDS가 비소의 토양 내 이동성이나 농작물로의 전이를 낮추는 안정화제로서의 적용성이 높음을 의미하는 것이다. 따라서 CMDS를 급경사 비소 오염 농경지(밭)에 혼합 처리할 경우 토양의 유실억제와 함께 오염물질인 비소의 안정화까지 동시 처리가 가능할 것으로 판단된다.
유효도 저감효율은 46%와 78%로 오염물질의 안정화 효과가 석회석보다 우위에 있음을 나타내었다. 따라서 비소 오염 농경지에 CMDS를 투여할 경우 농작물의 비소 전이감소에 효과가 있을 것으로 보인다. 다만, CMDS 투여 시 농경지 토양에 필수적인 유효인산이 Ca-P 결합으로 침전할 가능성, 이를 막기 위해 유효 인산을 추가 투여할 경우 비소의 유효도가 역으로 증가할 가능성이 있다.
2종의 생물학적 유효도 분석법을 통해 확인한 토양 비소의 유효도는 CMDS가 처리된 토양에서만 모두 감소한 결과를 보였다. 유효도 저감효율은 46%와 78%로 오염물질의 안정화 효과가 석회석보다 우위에 있음을 나타내었다. 따라서 비소 오염 농경지에 CMDS를 투여할 경우 농작물의 비소 전이감소에 효과가 있을 것으로 보인다.
이상의 결과를 통해 CMDS의 경사지 토양유실억제제, 토양 비소의 안정화제로서의 동시 적용성을 확인하였다. 이는 비소로 오염된 급경사 농경지(밭)에 대한 처리 대안으로 긍정적인 결과라 할 수 있다.
아울러 광해방지사업 현장에서 안정화제로 적용되고 있는 석회석도 CMDS의 비교를 위해 추가‧검토하였다. 토양유실억제 효과는 인공강우 실험과정에서 발생한 유거수의 부유물질 농도와 유실토의 특성, 안정화 효과는 실험 후 잔류토양을 대상으로 비소의 생물학적 유효도 분석하는 것으로 확인하였다.

후속연구

이는 앞서 언급한 바와 같이 분말상태로 적용되어 토양입단 형성의 공간적 범위가 석회석 처리조건보다 넓게 나타나 그만큼 유실억제 효과가 높았기 때문으로 판단된다. 다만, 실제 현장시공 시에는 분말상태인 물리적 특성으로 인해 토양혼합 시 비산먼지 발생에 대한 제어대책 수립이 필요할 것이다.
다만, CMDS 투여 시 농경지 토양에 필수적인 유효인산이 Ca-P 결합으로 침전할 가능성, 이를 막기 위해 유효 인산을 추가 투여할 경우 비소의 유효도가 역으로 증가할 가능성이 있다. 따라서 향후 실제 현장에서는 유효인산과 비소의 유효도에 대한 적정 교차점 설정이 필요할 것이다.
이는 비소로 오염된 급경사 농경지(밭)에 대한 처리 대안으로 긍정적인 결과라 할 수 있다. 아울러 본 연구 결과는 수처리 산업부산물의 재활용 측면에서 다음단계 기술개발을 위한 기초자료로 활용이 가능할 것이다.

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표제어: PCR

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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