초록 ▼

해양준설퇴적토는 일반적으로 육상토양과 비교하여 유기물, 탄산염, 황산염과 염소이온의 함량이 높다. 유기물질은 중금속과 결합되어 있으며, 이는 매우 안정한 형태로 존재한다. 또한, 퇴적토는 silt나 clay질의 미세토의 함량이 높고 산이나 염기에 대한 완충능력이 크다. 퇴적토는 탄산염의 비중이 높기 때문에 알칼리도 및 완충능력이 커지게 된다. 이러한 퇴적토의 특성은 중금속의 이동성에 큰 영향을 미친다. 이로 인해, 퇴적토로부터 중금속을 추출하는데 있어 많은 산 또는 염기의 첨가로 인해 퇴적토의 산성화 및 재활용을 하는데 있어 많은

해양준설퇴적토는 일반적으로 육상토양과 비교하여 유기물, 탄산염, 황산염과 염소이온의 함량이 높다. 유기물질은 중금속과 결합되어 있으며, 이는 매우 안정한 형태로 존재한다. 또한, 퇴적토는 silt나 clay질의 미세토의 함량이 높고 산이나 염기에 대한 완충능력이 크다. 퇴적토는 탄산염의 비중이 높기 때문에 알칼리도 및 완충능력이 커지게 된다. 이러한 퇴적토의 특성은 중금속의 이동성에 큰 영향을 미친다. 이로 인해, 퇴적토로부터 중금속을 추출하는데 있어 많은 산 또는 염기의 첨가로 인해 퇴적토의 산성화 및 재활용을 하는데 있어 많은 어려움이 있다. 또한, 일반 토양정화 공법을 적용하여 중금속으로 오염된 퇴적토를 정화하는 것은 힘든 실정이다. 따라서, 본 연구에 서는 미세토 처리에 적합한 전기역학적 정화공법을 중금속으로 오염된 해양준설퇴적토 처리에 적용하여 중금속을 효과적으로 제거하는 기술을 개발하였다.
본 실험에서 사용한 세 가지 퇴적토(남항, 방어진, 행암만)의 물리화학적 특성분석 결과, 남항 및 방어진퇴적토는 모래함량이 약 60%로 많은 비중을 차지하였고, 행암만 퇴적토는 약 60%의 미사 함량을 보였다. 세 가지 퇴적토내 중금속의 농도는 모두 토양오염우려기준보다 낮았지만, 만약 퇴적토가 육상으로 나오게 되면 산소와 접촉하여 산화되어 2차 오염을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 수중에 용해된 중금속은 해양 생물 및 동물에 의해 축적되기 때문에 먹이사슬에 의해 인체에 해로운 영향을 미칠 가능성이 있으므로 정화가 시급한 상태이다.
세 가지 퇴적토를 대상으로 두 가지 형태(Tessier & BCR법)의 연속추출법을 통해 중금속 존재형태를 분석한 결과, 니켈은 세 가지 퇴적토 모두 가장 안정한 형태인 residual fraction에 대부분 존재하였으며, 구리는 유기물과 결합한 형태인 oxidizable fraction에 가장 많이 존재하였다. 반면에, 납은 세 가지 퇴적토 모두 Tessier법에서는 residual fraction에, BCR법에서는 reducible fraction에 대부분 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
전기동역학적(Electrokinetic) 정화공법을 적용하기에 앞서, 퇴적토세척 및 다단세척 실험을 통하여 중금속의 용출도를 평가하였다. 그 결과, EDTA이 퇴적토 중금속을 추출하는데 가장 효과적인 세척제인 것을 확인할 수 있었으며, 최적의 세척시간은 6-12시간이었다. 세척실험을 통한 퇴적토 내 중금속 추출은 세척제의 pH와 중금속-킬레이트물질의 결합에 많이 의존하는 것을 확인할 수 있었다. 다단세척실험에서는 EDTA-HCl을 함께 사용한 실험에서 처음 6시간 내에 중금속의 대부분이 추출되었으며, 세척단계가 반복될수록 추출효율은 크게 변하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
세척을 통한 중금속 용출도를 평가한 후, 전기동역학적(Electrokinetic) 정화공법을 적용하였다. 먼저, 남항 퇴적토를 대상으로 전압경사의 변화를 주어 EK실험을 적용한 결과, 2V/cm의 전압경사에서 음극전해질로 citric acid을 사용한 실험에서 구리, 니켈, 납, 아연은 각각 약 96%, 92%, 88%, 97%의 높은 제거율을 얻을 수 있었다. 하지만 EK실험을 위한 전력소모량이 매우 크기 때문에 실제 적용 시, 비용에 따른 많은 어려움이 있을 것으로 사료된다.
이 후 퇴적토세척 및 다단세척 실험에 사용한 세척제를 바탕으로 1V/cm의 전압경사 조건에서 남항, 방어진, 행암만 퇴적토를 대상으로 EK실험을 적용한 결과, 잔류퇴적토 내 중금속의 부분별 집적으로 인해 중금속 제거율은 현저히 떨어졌으며, 양 극 전해질로 중금속의 과도한 이동으로 인해 실험 전·후의 물질수지 역시 오차가 매우 컸다.
일반적으로 EK 정화공법에서는 중금속의 제거율을 평가하기 위하여 정화기간, 전압경사, 전해질의 종류, 전해질의 교체주기, 양 전극 사이의 거리 등의 다양한 조건을 적용한다. 본 연구에서도 이러한 다양한 조건을 적용한 결과, 정화기간은 8일, 전해질의 교체주기는 2일, 최적 전해질은 EDTA와 같은 킬레이트 물질, 2V/cm의 전압경사라는 최적의 중금속 제거조건을 도출하였지만, 앞에서 말한 바와 같이 2V/cm의 전압경사는 정화에 사용되는 전력소모량이 매우 크다는 단점이 있다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• I. 연구결과 요약문 ... 3
• II. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• III. 연구성과 ... 7