[논문]갱내 황산염환원시설(IASRS)을 이용한 산성광산배수 처리에 관한 연구

지상우; 이상훈; 유상희; 김재욱; 김선준

문제 정의

자연정화처리시설에 대한 지속적인 사후관리나 문제점들을 해결하기 위한 기술적, 제도적인 조치의 필요성을 검토하고 필요하다면 처리시설의 전반적인 개선 또는 대안을 위한 연구가 절실하다. 본 연구에서는 기존 연구 결과 지적된 자연정화처리시설의 문제점에 대한 해결 방안으로 갱내에 혐기성 상태의 환원환경을 만들어 광산배수를 처리하는 방식인 갱내 황산염환원시설의 적용 가능성을 검토하고자 하였다.

제안 방법

적용중인 자연정화처리시설에서 발생되는 문제점들을 해결할 수 있는 방안으로 갱내 황산염환원시설 (IASRS)의 적용이 제안되었다. 이 방식은 현장에 설치되고 있는 SAPS를 갱도 내에 옮기는 것으로 볼 수 있다(Fig.
IASRS의 적용을 위해 모형 처리시스템을 제작하여 실험실 규모의 처리실험을 수행하였다(Fig. 1.
728 L/day, 즉 72 ml/hr이 된다. 처음 3개 sectione 하부에 자갈층을 두어 투수성을 높여줌과 동시에 침전물에 대한 완충공간을 확보해 주고 상부에 버섯퇴비층을 두었다. 버섯퇴비는 충남 부여의 버섯재배지에서 사용된 것을 이용하여 각 section당 1,200g씩 사용되었다.
산성배수의 흐름은 유입부에서 하부로 다시 각 section마다 상하로 흐름을 바꾸어 channeling을 방지해주었다. 또한 2, 3 section에 관측공을 두어 pH와 ORP의 변화를 관찰하였다. 현장에서는 이러한 관측공을 이용하여 처리시설의 가동상태 점검, 유기물 교체, 침전물 제거 등을 할 수 있다.

대상 데이터

2001년 11월부터 2003년 6월까지 27개의 탄광과 2개의 금속광에 설치 가동중인 자연정화처리시설에 대해 현장조사를 수행하였다. 29개의 처리시설에 대한 조사결과 17개의 자연정화처리시설에서 overflow, 금속 제거율 불량, 처리시설의 무용화 등 문제점이 발견되었고 정상적으로 가동되는 처리시설에서도 금속의 제거와 pH를 높여주는 것에는 어느 정도 양호한 결과를 보이지만, 유입되는 광산배수와 처리된 유출수의 SO₄^2- 농도가 같게 나타나거나 오히려 증가되는 것으로 나타났다.
처음 3개 sectione 하부에 자갈층을 두어 투수성을 높여줌과 동시에 침전물에 대한 완충공간을 확보해 주고 상부에 버섯퇴비층을 두었다. 버섯퇴비는 충남 부여의 버섯재배지에서 사용된 것을 이용하여 각 section당 1,200g씩 사용되었다. 마지막 section에는 3,000g의 석회석(단양석회석광업소)을 충진하였다.
현장에서는 이러한 관측공을 이용하여 처리시설의 가동상태 점검, 유기물 교체, 침전물 제거 등을 할 수 있다. 광산배수는 삼척탄좌 정암광업소의 폐석을 물과 반응시켜 TDS 1,203 ppm, pH 2.8, Fe 363mg/l, Al 262.5 mg/l, SO₄^2- 2666.9 mg/l의 인공 AMD를 만들어 사용하였다(8일 단위 AMD 공급시 분석된 평균 값). 모형 시스템은 2기를 가동하였는데, 1기는 갱내 환경을 만들어 주기 위해 10℃의 물을 순환시켜주는 저온순환조에서 가동하였고 다른 1기는 상온에서 가동하였다.

성능/효과

현장조사를 수행하였다. 29개의 처리시설에 대한 조사결과 17개의 자연정화처리시설에서 overflow, 금속 제거율 불량, 처리시설의 무용화 등 문제점이 발견되었고 정상적으로 가동되는 처리시설에서도 금속의 제거와 pH를 높여주는 것에는 어느 정도 양호한 결과를 보이지만, 유입되는 광산배수와 처리된 유출수의 SO₄^2- 농도가 같게 나타나거나 오히려 증가되는 것으로 나타났다. 이는 장기간 처리시설이 운영될 때 처리효율이 떨어지고 유량이나 유속과 같은 환경의 변화시 금속이온이 재용출될 가능성을 제시한다.
일어나고 있음을 볼 수 있었다. 64일간의 실험에서 pH는 6.5 부근에서 안정되는 상태를 보였고, 금속은 거의 100%가 제거되었다. TDS, COD 및 SO₄^2-의 경우 처음 20여일 간 매우 높은 값을 보여 초기에 버섯퇴비로부터 많은 양의 유기물과 황산염이 녹아 나오는 문제점이 나타났다.
5 가량으로 낮았던 점을 통해 알 수 있다. 또한 실험실에서의 모형 SAPS를 가동한 결과 황산염환원을 위해서는 충분한 HRT가 필요한 것으로 나타났는데^⑺, 첫 번째 section 부분이 기능을 못하게되어 10일로 가동한 HRT가 실제로는 7.2일로 줄어들면서 황산염 환원율이 낮아진 것으로 판단된다. 초기 고농도의 유기물 배출과 낮은 황산염 환원율을 해결하기 위해서는 충분한 HRT를 제공해 주고 마지막 section을 상향식 흐름으로 바꾸어 유기물의 방출을 줄여줄 필요가 있다.
현장 적용을 위한 모형실험에서 갱내 환경에서 황산염환원반응이 일어남을 확인하였고 pH와 금속제거율에 있어서는 만족할 만한 결과를 얻었으나, 여전히 낮은 SO₄^2-의 제거율과 초기의 높은 유기물 용출이 해결되어야 한다.
가동 후 상온에서는 약 5일, 저온환경에서는 약 10일 후부터 시스템 내에 검은색 침전물이 발생하여 황 환원이 일어나고 있음을 볼 수 있었다. 64일간의 실험에서 pH는 6.

후속연구

따라서 갱내에 유기물을 먼저 충진하고, 석회석을 충진해 주는 방식을 택한다. 바깥 쪽에 산화조와 소택지를 연결한다면 제거가 어려운 Mn과 초기에 높게 발생되는 유기물을 제거하는 효과가 있을 것이다. 갱내에서 황산염환원반응을 유도한다면 갱내 배수의 온도가 계절에 관계없이 10~15℃를 유지하게 되므로 현장에서 우려되는 겨울철 황산염환원 박테리아의 활동 저하가 다소 해결될 수 있다.
또한, 유량감소에 따른 대기와의 접촉이 감소되므로 혐기성 환경이 유지될 수 있다. SRB의 활동이 지속적으로 유지되어 황산염환원반응이 원활하게 일어날 수 있다면 금속황화물의 형성에 의한 금속 제거와 중탄산이온의 발생으로 인한 pH의 조절이 지속적으로 가능할 것이다.

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