보고서 정보
주관연구기관 |
고려대학교 Korea University |
연구책임자 |
현승훈
|
참여연구자 |
김주희
,
김용성
,
박민석
,
황원재
,
김미진
,
김찬양
,
김현정
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2016-05 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
환경부 Ministry of Environment |
등록번호 |
TRKO201800036838 |
과제고유번호 |
1485012869 |
사업명 |
토양지하수오염방지기술개발 |
DB 구축일자 |
2018-08-11
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키워드 |
자연저감.비평형 현상.재용출.개량제.폐광산.Natural Attenuation.Nonequilibrium.Remobilization.Amendment.Abandoned mine.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800036838 |
초록
▼
개발 목적 및 필요성
□ 장기간 방치된 폐광산 토양의 금속 용출 및 자연저감 거동 해석
• 폐광산 토양 내 중금속의 지속적인 강우에 따른 용출 거동을 평가하기 위해 중금속-토양구성분과의 결합 형태에 따라 중금속을 추출하고, 회분식 연쇄탈착을 통한 중금속 용출 경향을 해석함.
• 실험실 규모 일차원 토양-침출수 흐름조건에서 중금속 용출 거동을 평가하여 자연적 세팅에서 발생하는 중금속 거동을 해석 및 추정함.
• 폐광산 주변토양에 의한 자연저감능을 확인하고 자연저감 현상의 평형적/비평형적 거동을 해석함.
•
개발 목적 및 필요성
□ 장기간 방치된 폐광산 토양의 금속 용출 및 자연저감 거동 해석
• 폐광산 토양 내 중금속의 지속적인 강우에 따른 용출 거동을 평가하기 위해 중금속-토양구성분과의 결합 형태에 따라 중금속을 추출하고, 회분식 연쇄탈착을 통한 중금속 용출 경향을 해석함.
• 실험실 규모 일차원 토양-침출수 흐름조건에서 중금속 용출 거동을 평가하여 자연적 세팅에서 발생하는 중금속 거동을 해석 및 추정함.
• 폐광산 주변토양에 의한 자연저감능을 확인하고 자연저감 현상의 평형적/비평형적 거동을 해석함.
• 오염부지의 기후 지질적 조건에서 중금속의 비평형적 거동 관련 인자들(토양의 특성, 강우량, 초기농도, 강우의 단속, 침윤속도, 이동거리 등)을 제시함.
• 제시된 비평형 거동 인자들이 중금속 용출, 확산이동, 자연저감 거동에 미치는 정성적 영향을 평가함.
□ 개량복원토양의 금속 장기거동 예측
• 개량제에 의한 중금속 거동의 장기간 변화에 따른 재용출 가능성을 평가하기 위해 평형적 용출 및 비평형적 용출 특성을 관찰함.
• 개량제 처리 후 중금속 거동을 1차년도에서 평가한 비평형적 거동 인자와 개량제-중금속-토양과의 반응기작으로 해석함.
• 특히, 개량제에 의한 토양특성의 장기적인 변화와 중금속 이동성 변화와의 상관관계를 평가함.
• 개량제 종류, 중금속의 혼재, 토양의 특성, 비평형 관련 인자에 따른 거동을 비교 평가함.
연구개발결과
• 본 연구에서 폐광산 오염토양의 금속 용출 거동과 하류토양에 의한 자연저감 거동을 회분식 반응 및 1차원 흐름 조건에서 평가하였고, 주요 영향인자들을 도출함.
• 대상광산 오염토양 내 금속은 대부분 residual fraction으로 존재하고 특히 As와 Pb의 lability(용출 가능성)는 매우 낮음을 확인함.
• 그러나, 용출액 내 금속의 농도는 EPA 지하수 기준을 넘어서는 수준으로, 주변 수계로 장기적인 오염원을 작용할 수 있다고 판단되므로, 대상광산 주변의 복원사업이 속히 진행되어야 한다고 판단됨.
• 금속의 오염토양으로부터의 용출은 오염토양용액의 특성변화(SO42-, Fe2+/Fe3+, pH, Eh)와 일차원 흐름조건에서의 침윤속도와 흐름단속의 영향을 받음을 확인함.
• 또한, 중금속이 고농도로 존재하는 폐광산 침출수는 강우에 의해 경사 이동하지만 하부의 비오염토에 의해 이동성이 저감되었으며, 토양에 의한 자연저감에 따라 갱구입구에서부터 이격거리에 따라 중금속 농도가 감소됨을 확임함.
• 광산 침출수의 하류토양에 의한 저감기작은 금속원소간의 경쟁 및 공흡착,하류토양 내 인의 농도, 흐름조건의 영향을 받으며, 이 인자들에 의해 금속원소의 흡착 속도론(kinetics)과 흡착-재용출 가능성(lability)의 변화가 발생하여 비평형적 거동에 영향을 주는 것으로 판단됨.
• 개량제(AMD 슬러지, 석회, 제강슬래그) 처리 후 안정화된 금속원소는 반복되는 용출(회분식 조건, 일차원 흐름 조건)반응에 의해 안정화 효율이 감소되고 결과적으로 금속원소의 용출 농도가 높아짐.
• 개량제 처리된 오염토양으로부터 금속원소의 용출거동 또한 1 차원 흐름조건에서의 침윤속도와 흐름단속의 영향을 받았으며, 이를 근거로 개량복원된 토양에서도 비평형적 거동 특성이 예상됨.
• 특히, 인위적 흐름단속 후 개량복원 오염토양에서의 일부 금속원소의 용출 농도가 급격히 증가하여 개량제 처리 전 농도 수준으로 상승함이 관찰됨.
• 결론적으로,
- 중금속 오염부지 및 개량 복원 부지 내 금속원소의 장단기 용출 거동을 평가하는 정량적 연구가 필요하며,
- 중금속 용출거동 평가 시, 본 연구에서 제안한 오염토양 내 금속원소 존재형태 평가, 연쇄 평형 용출 평가, 흐름조건 비평형적 용출 평가를 통해 잠재적인 금속원소의 장기 용출 가능성을 종합적으로 평가하여,
- 최종적으로, 부지특이적 자연적 지질 환경조건에서 미세기후 및 수리학적 조건 변동에 따른 비평형적 중금속 거동과 개량 복원 공법의 장기 안정성 평가 결과를 반영한 부지관리 방안이 도출되어야 함.
성능사양 및 기술개발 수준
• 본 연구는 국내외적으로 선도적인 시도이며, 특히 국내 폐광산 오염 부지의 관리·복원 분야에 새로운 기술 개발 방향을 제시할 것으로 사료됨.
• 또한, 광산 관리·복원 방법을 발굴하는데 중요한 이론적 기초자료를 제공할 뿐만 아니라, 기존의 개량제 처리방법의 잠재적인 불확실성을 제거하고 타당한 근거를 제시하였음.
• 향후 연속적으로 추진되는 실용화 사업의 결과와 통합하여, 현재 국내 복원이 완료된 폐광산 부지에서 유래될수 있는 대중적 불신과 실질적 위험요소를 기술적으로 해결하는데 적용될 것으로 판단됨.
활용계획
• 본 연구는 토양내 중금속의 거동 특성을 비평형적 관점에서 해석하여 기존의 불명확한 개량복원 토양의 중금속 저감효율의 지속성과 자연저감 거동 특성을 구명함.
• 이를 바탕으로, 1) 오염토양-침출수 시스템에서 중금속의 토양반응기작과 거동 기작에 대한 기초지식 및 이론적 바탕을 마련하고, 2) 현 환경규제가 총 농도 규제에서 수용체 영향 중심의 규제로 전환할 때 정책수립의 중요한 기초 근거자료로 제공될 수 있음. 3) 기술적 ·사회적 활용측면에서는 자연현상을 공학적으로 활용하는 생태공학 메커니즘 기술의 대중적인 인식을 제고시키고 미래 생태공학적 복원 기술 개발에 기여 할 것임.
( 출처: 요약서 3p )
Abstract
▼
Ⅳ. Results
○ Metallic elements (Cu, Zn, As, Cd, and Pb) were leached from two mine soils at concentrations well in excess of environmental regulatory levels, which indicates that the two abandoned mine sites are currently significantly contaminating nearby soils and watersheds.
○ Metallic elem
Ⅳ. Results
○ Metallic elements (Cu, Zn, As, Cd, and Pb) were leached from two mine soils at concentrations well in excess of environmental regulatory levels, which indicates that the two abandoned mine sites are currently significantly contaminating nearby soils and watersheds.
○ Metallic elements (Cu, Zn, As, Cd, and Pb) leaching from abandoned mine soils was initially be nonequilibrium, under which the readily leachable pool controlled the aqueous metal element concentration in the leachate.
○ Leaching patterns during seepages were perturbed after flow interruption.
○ Metallic elements dissolved in the mine leachate could be attenuated concurrently during seepages via sorption by downgradient soils.
○ The existence of cosolutes (i.e., sorption competitors and mediators) in leachate influenced the lability of sorbed elements, as well as the magnitude of soil sorption.
○ The sorption of metallic elements was also influenced by inorganic ions present in downgradient soils.
○ Seepage rates influenced both the leaching and attenuation of metallic elements during transport from mine soils to downgradient soils.
○ Metallic elements stabilized by amendments were re-mobilized during sequential desorption experiments, and repeated drying-wetting cycle accelerated the re-mobilization of metallic elements from amended mine soils.
( 출처 : SUMMARY 16p )
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 요 약 서 ... 3
- 요 약 문 ... 7
- SUMMARY ... 14
- 목차 ... 18
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 19
- 1-1. 연구개발 목적 ... 19
- 1-2. 연구개발의 필요성 ... 19
- 1-3. 연구개발 범위 ... 24
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 25
- 2-1. 연구주제 관련 논문 분석 결과 ... 25
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 31
- 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 31
- 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 32
- 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 179
- 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 181
- 4-1. 목표달성도 ... 181
- 4-2. 관련분야 기여도 ... 181
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 182
- 5-1. 본 연구 결과의 심화발전의 필요성 ... 182
- 5-2. 연구개발 성과 ... 182
- 5-3. 연구결과의 활용방안 ... 183
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 185
- 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 189
- 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 190
- 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 191
- 9-1. 안전점검 및 정밀안전진단 ... 191
- 9-2. 안전교육 ... 191
- 9-3. 상해보험 가입 ... 192
- 9-4. 건강검진 ... 192
- 9-5. 추가 연구실 안전시설 안전성 확보 ... 192
- 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 194
- 10-1. 논문게재 실적 ... 194
- 10-2. 학회발표 실적 ... 195
- 11. 기타사항 ... 197
- 12. 참고문헌 ... 198
- 끝페이지 ... 208
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