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제강슬래그와 CaO를 이용한 폐광산 주변 중금속 오염 농경지 토양의 안정화 처리 연구
Stabilization of Heavy Metal Contaminated Paddy Soils near Abandoned Mine with Steel Slag and CaO

손정호    (광운대학교 환경공학과   ); 노훈    (광운대학교 환경공학과   ); 이선영    (광운대학교 환경공학과   ); 김성규    (광운대학교 환경공학과   ); 김길홍    (광운대학교 환경공학과   ); 박중규    (광운대학교 환경공학과   ); 양재규    (광운대학교 교양학부   ); 장윤영    (광운대학교 환경공학과  );
  • 초록

    비소 및 여러 양이온 중금속으로 오염된 풍정광산 주변 밭토양 및 논토양의 안정화처리를 위해 CaO 및 제강슬래그를 여러 혼합비로 사용하였을 때의 적용성을 회분식 및 컬럼반응기를 이용하여 연구하였다. TCLP 용출시험법을 이용하여 안정화제 처리 전후의 중금속 고정화도 변화를 평가하였다. 안정화제로 제강슬래그만 사용한 경우에는 비소 및 양이온 중금속 모두에서 고정화도가 15% 이하로서 높지 않았다. 이러한 것은 제강슬래그 주요 성분인 $Fe_2O_3$ 와 $SiO_2$ 에 의한 중금속들의 안정화효과가 크지 않은 것과 제강슬래그 자체에 함유된 CaO에 의한 토양 pH 상승효과가 용출실험에 사용한 TCLP 용액의 산성도에 의해 상쇄된 것에 기인하여 나타난 것으로 여겨진다. CaO와 제강슬래그를 함께 사용한 경우에는 주입비율의 차이에 따른 양이온 중금속 제거율은 큰 변화가 없었으나 제강슬래그의 비를 높여 줄수록 비소의 제거율의 증가를 가져왔다. 컬럼실험에서도 CaO와 제강슬래그를 함께 주입한 경우 비소 및 양이온 중금속들의 용출농도는 처리기간 동안 수질배출허용 기준이하로 나왔다. 이것은 양이온 중금속의 경우 CaO 사용에 따른 pH 증가함에 따른 중금속의 고정화, 비소의 경우는 CaO에서 유리된 $Ca^{2+}$ 와 $AsO_4^{3-}$ 와의 반응에 의해서 생성되는 난용성의 $Ca_3(AsO_4)_2$ 가 생성되는 것에 기인한 결과로 판단된다. 비소 및 양이온 중금속이 함께 오염된 토양의 안정화에 CaO와 제강슬래그를 함께 주입할 경우 복합오염물질을 효과적으로 안정화처리가 가능함을 알 수 있었다.


    Applicability of CaO and steel slag as stabilizers in the treatment of field and paddy soils near Pungjeong mine contaminated with arsenic and cationic heavy metals was investigated from batch and column experiments. Immobilization of heavy metals was evaluated by TCLP dissolution test. Immobility of heavy metal ions was less than 15% when steel slag alone was used. This result suggests that $Fe_2O_3$ and $SiO_2$ , known as the major component of steel slag, have little effect for the immobilization of heavy metal ions due to acidity of TCLP solution. Immobilization of cationic heavy metals was little affected by the ratio of CaO and steel slag while arsenic removal was increased as the ratio of steel slag to CaO increased. In the column test, concentrations of both arsenic and cationic heavy metals in effluents were below the water discharge guideline over the entire reaction period. This result can be explained by the immobilization of cationic heavy metals from the increased pH in soil solution as well as by the formation of insoluble $Ca_3(AsO_4)_2$ . From this work, it is possible to suggest that arsenic and cationic heavy metals can be concurrently stabilized by application of both CaO and steel slag.


  • 주제어

    안정화 .   중금속 .   비소 .   제강슬래그.  

  • 참고문헌 (13)

    1. 김정대, 2005, 강원도 폐금속광산지역의 광미와 주변토양의 중금속 오염현황 및 오염도 평가, 대한환경공학회지, 27(6), 626-634     
    2. 이민효, 최상일, 이재영, 이강근, 박재우, 2006, 토양지하수환경, 동화기술, 서울. p. 294 
    3. 정명채, 정문영, 최연왕, 2004, 국내 휴/폐광 금속광산 주변의 중금속 환경오염 평가, 대한자원환경지질학회지, 37(1), 21-23     
    4. Jurate, K., Anders, L., and Christian, M., 2008, Stabilization of As, Cr, Cu, Pb and Zn in soil using amemdments-A review, Waste Management., 28, 215-225 
    5. 김은이, 강완협, 박주양, 2005, 폐광산 비소 오염 토양의 특성 및 고형화/안정화, 한국폐기물학회지, 22(4), 363-371 
    6. Federal Remediation Technology Roundtable (FRTR), 2002, Remediation Technologies Screenin Matrix and Reference Guide, Version 4.0. USA 
    7. US EPA Method 9081, Cation Exchange Capacity of Soils, US EPA Method 1311, Toxicity Characteristic Leaching Procedure, US EPA Method 1312, Synthetic Precipitation Leaching Procedure (1998) 
    8. 김수삼, 한상재, 2003, 동전기 오염지반 정화 기술, 구미서관, 서울, p. 197 
    9. 서영진, 김찬용, 박만, 이동훈, 최충렬, 김광섭, 최정, 2002, 폐광산 인근 논토양과 수도의 비소함량 조사, 한국응용생명화학회지, 45(11), 152-156     
    10. 양재규, 장윤영, 2006, 비소용출에 대한 토양의 물리화학적 특성, 대한환경공학회지, 28(7), 731-737     
    11. 정명채, 1994, 정명채, 대한자원환경지질학회지, 27(5), 469-477 
    12. Tessier, A., Campbell, P.G.C., and Bisson, M., 1979, Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals, Anal. Chem., 51, 884-851 
    13. 양재규, 유목련, 이승목, 2005, 중금속 제거용 흡착제로서의 철광사 적용, 대한 환경공학회지, 27(11), 1180-1185     
  • 이 논문을 인용한 문헌 (5)

    1. Lee, Min-Hee ; Jeon, Ji-Hye 2010. "Study for the Stabilization of Arsenic in the Farmland Soil by Using Steel Making Slag and Limestone" 자원환경지질 = Economic and environmental geology, 43(4): 305~314     
    2. Oh, Se-Jin ; Kim, Sung-Chul ; Kim, Rog-Young ; Ok, Yong-Sik ; Yun, Hyun-Soo ; Oh, Seong-Min ; Lee, Jin-Soo ; Yang, Jae E. 2012. "Change of Bioavailability in Heavy Metal Contaminated Soil by Chemical Amendment" 韓國土壤肥料學會誌 = Korean journal of Soil Science and Fertilizer, 45(6): 973~982     
    3. Cui, Mingcan ; Na, Sengmin ; Khim, Jeehyeong ; Jang, Min 2012. "Stabilization of Heavy Metal Contaminated Paddy Soils" 한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, 12(2): 287~292     
    4. Kim, Seong Hee ; Seol, Jeong Woo ; Lee, Woo Chun ; Kim, Soon-Oh 2013. "Removal of Aqueous Arsenic Via Adsorption onto Si Slag" 자원환경지질 = Economic and environmental geology, 46(6): 521~533     
    5. Seol, Jeong Woo ; Kim, Seong Hee ; Lee, Woo Chun ; Cho, Hyeon Goo ; Kim, Soon-Oh 2013. "Characterization of Arsenic Sorption on Manganese Slag" 韓國鑛物學會誌 = Journal of the mineralogical society of Korea, 26(4): 229~244     

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