[논문]물리화학적 처리를 이용한 군부대 사격장 내 중금속 오염 토양의 정화

이상우; 이우춘; 이상환; 김순오

doi:10.7857/jsge.2021.26.5.009

물리화학적 처리를 이용한 군부대 사격장 내 중금속 오염 토양의 정화
Remediation of Heavy Metal-Contaminated Soil Within a Military Shooting Range through Physicochemical Treatment 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.26 no.5, 2021년, pp.9 - 19

이상우 (경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소(RINS)) , 이우춘 (경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소(RINS)) , 이상환 (한국광해관리공단 경인지사) , 김순오 (경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소(RINS))

Abstract ▼ AI-Helper

This study evaluated the feasibility of combined use of physical separation and soil washing to remediate heavy metals (Pb and Cu) contaminated soil in a military shooting range. The soils were classified into two types based on the level of heavy metal concentrations: a higher contaminated soil (HCS) with Pb and Cu concentrations of 6,243 mg/kg and 407 mg/kg, respectively, and a lower contaminated soil (LCS) with their concentrations of 1,658 mg/kg and 232 mg/kg. Pb level in both soils exceeded the regulatory limit (700 mg/kg), and its concentration generally increased with decreasing soil particle size. However, in some cases, Pb concentrations increased with increasing soil particle size, presumably due to the presence of residues of bullets in the soil matrix. As a pretreatment step, a shaking table was used for physical separation of soil to remove bullet residues while fractionating the contaminated soils into different sizes. The most effective separation and fractionation were achieved at vibration velocity of 296 rpm/min, the table slope of 7.0°, and the separating water flow rate of 23 L/min. The efficiency of ensuing soil washing process for LCS was maximized by using 0.5% HCl with the soil:washing solution mixing ratio of 1:3 for 1 hr treatment. On the contrary, HCS was most effectively remediated by using 1.0% HCl with the same soil:solution mixing ratio for 3 hr. This work demonstrated that the combined use of physical separation and soil washing could be a viable option to remediate soils highly contaminated with heavy metals.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Photos showing bullet residues within contaminated soils in a military shooting range site.
그림 Fig. 2. Fractionation of contaminated soil using a shaking table.
그림 Fig. 3. Variation in the concentrations of lead and copper according to soil particle sizes. (a) Pb concentration of LCS, (b) Cu concentration of LCS, (c) Pb concentration of HCS, and (d) Cu concentration of HCS.
표 Table 1. Physicochemical properties and heavy metal concentrations of soil taken from a military shooting range
그림 Fig. 4. Results of SEM analyses of contaminated soil. (a) and (d) SEM images, (b) and (e) Pb mapping, and (c) and (f) EDS analytical results.
$Fig. 5. The concentrations of Pb and Cu of each soil fractionated by a shaking table. (a) Pb concentration of LCS, (b) Cu concentration of LCS, (c) Pb concentration of HCS and (d) Cu concentration of HCS.$ 그림 Fig. 5. The concentrations of Pb and Cu of each soil fractionated by a shaking table. (a) Pb concentration of LCS, (b) Cu concentration of LCS, (c) Pb concentration of HCS and (d) Cu concentration of HCS.
$Table 2. The results of soil fractionation after the physical separation process using a vibration table$ 표 Table 2. The results of soil fractionation after the physical separation process using a vibration table
그림 Fig. 6. Comparison of Pb concentrations in the soil between different types of acids used in soil washing tests. Washing solutions were 1% HCl, H₂SO₄, and HNO₃, the weight ratio of soil and washing solution was 1:3, and the duration was 18 hr.
그림 Fig. 7. Comparison of Pb concentrations in the soil between different concentrations of nitric acid. Washing solutions were 0.5, 1.0, and 3.0% HNO₃, the weight ratio of soil and washing solution was 1:3, and the duration was 18 hr.
그림 Fig. 9. Kinetics of Pb removal by the soil washing process using NO₃ solution. (a) LCS by 0.5% HNO₃, (b) HCS by 0.5% HNO₃, and (c) HCS by 1.0% HNO₃. The weight ratio of soil and washing solution was 1:3.
그림 Fig. 8. Comparison of Pb concentrations in the soil between different ratios of soil and washing solution. Washing solution was 1.0% HNO₃, the weight ratios of soil and washing solution were 1:2, 1:3, and 1:5, and the duration was 18 hr.

AI 본문요약
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제안 방법

2종의 사격장 토양 내 존재하는 탄환으로부터 기인된다양한 크기의 중금속 파편의 물리적 선별을 위하여 진동 테이블을 이용하였다. 2종의 토양에 혼재된 다양한 크기의 파편이 효율적으로 분리되는 조건을 도출하기 위하여 진동 테이블의 진동 속도, 테이블의 각도, 그리고 물리적 선별을 위한 용수 공급 유량 등과 같은 다양한 운전 인자의 조건을 변화시키면서 실험을 수행하였으며, 진동 테이블에 의한 선별 시 유수에 의해 분리되는 토양현탁액은 4개의 구획(C1~C4)으로 나누어 채취하였다(Fig.
2종의 사격장 토양 내 존재하는 탄환으로부터 기인된다양한 크기의 중금속 파편의 물리적 선별을 위하여 진동 테이블을 이용하였다. 2종의 토양에 혼재된 다양한 크기의 파편이 효율적으로 분리되는 조건을 도출하기 위하여 진동 테이블의 진동 속도, 테이블의 각도, 그리고 물리적 선별을 위한 용수 공급 유량 등과 같은 다양한 운전 인자의 조건을 변화시키면서 실험을 수행하였으며, 진동 테이블에 의한 선별 시 유수에 의해 분리되는 토양현탁액은 4개의 구획(C1~C4)으로 나누어 채취하였다(Fig. 2).
본 연구 대상인 사격장 토양 내 고농도의 납은 탄환으로부터 기인한 금속 파편이 토양 내 혼재되어 있기 때문으로 조사되었으며, 3지역 토양오염우려기준(700mg/kg) 을 만족시키기 위한 정화를 위해서는 먼저 이러한 파편을 토양으로부터 분리하는 것이 필요할 것으로 판단되었다. 이에 본 연구에서는 토양과 금속파편의 선별 분리를 위해 진동 테이블을 이용하였다. 먼저 선별 전 2mm 이상의 자갈과 비교적 큰 크기의 금속 파편은 습식 체거름을 통해 제거하였으며, 진동 테이블을 이용하여 체거름된 토양으로부터 금속 파편을 선별하였다.
5d). 이와 같은 결과로부터 두 종류의 토양 시료에 대한 진동테이블을 이용한 선별 결과 63.3~74.1%를 차지하는 C2에 분획된 토양의 경우 다양한 크기로 토양과 혼재된 탄환과 탄피 조각이 효율적으로 분리되어 납과 구리의 농도가 크게 감소함을 확인하였으며, 이러한 물리적 선별에 의한 오염저감효과와 토양세척을 통해서 납의 농도를 3지역 토양오염우려기준(700 mg/kg) 이하로 낮출 수 있는 가능성을 알아보고자 C2로 분획된 시료에 대한 산 세척실험을 수행하였다.
진동테이블을 이용하여 금속 파편을 선별함으로써 얻어지는 오염저감효과를 확인하기 위하여 LCS와 HCS 각각에 대하여 분획된 C1~C4로부터 토양 시료를 채취하여 납과 구리의 농도를 분석하였다. Table 1에 제시된 바와 같이 진동테이블에 의한 선별 전 LCS의 평균 납과 구리의 농도는 각각 1,658 mg/kg, 232 mg/kg, HCS의 경우 각각 6,243 mg/kg, 407 mg/kg이었으나 진동테이블을 이용한 분획된 저농도 토양(LCS)의 C1~C4 내 각각의 납 농도는 1,078 mg/kg, 1,042 mg/kg, 3,469 mg/kg, 4,150 mg/kg로 C1과 C2에 분획된 토양 시료는 금속 파편이 분리되어 초기 농도를 기준으로 할 때 각각 65.
먼저 선별 전 2mm 이상의 자갈과 비교적 큰 크기의 금속 파편은 습식 체거름을 통해 제거하였으며, 진동 테이블을 이용하여 체거름된 토양으로부터 금속 파편을 선별하였다. 진동테이블의 운전은 금속 파편이 토양과 뚜렷하게 분리되는 조건이 되도록 진동 속도, 테이블의 각도, 그리고 용수 공급 유량을 조정하면서 반복실험을 수행하였다. 이를 통해 토양과 금속 파편이 효율적으로 C1 구역에 큰 입자와 미세입자(검은 띠 형성) 형태로 선별되는 최적조건(진동 속도 296 rpm/min, 테이블 경사 7.

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저자의 다른 논문 :

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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