Characterization and Two-Phase Neutralization of Acid Mine Drainage

두 단계 중화적정에 의한 산성 광산 유출수 중의 중금속 제거

Acid mine drainage (AMD) results from sulfuric acid produced by the oxidation of pyrite, and contains large amounts of toxic elements. In the neutralization of AMD, iron and aluminum hydroxides are the major precipitates and those two can be separated with two-phase neutralization. In this study, removal of toxic elements by the two phases of neutralization was investigated using an AMD collected from the abandoned antimony mine in Gachang, Taegu. Contents of As, Cd, Cu, Mn, Pb and Zn in the AMD were higher than the criteria of river water quality or permissible waste water discharge. In the first phase, the AMD was neutralized to several % (25, 50, 75, 100, and 125) of $Fe(OH)_3$ equivalence point with solid $Ca(OH)_2$. In the second phase, the supernatant of the first phase neutralization was titrated to pH 7.5. After neutralization of the AMD to 100% of the $Fe(OH)_3$, equivalence point, most of Fe and Pb were removed but levels of As, Cd, Cu, Ni, Mn, and Zn were not reduced in the supernatant solution. In the second phase neutralization, levels of those toxic elements in the supernatants dropped below the wastewater discharge or river water quality criteria. This result suggests that the precipitate formed in the first phase of the neutralization process may be disposed without any special cares. Thus the two-phase neutralization scheme can reduce the cost of disposing precipitates containing toxic metals in comparison with the monophase neutralization scheme.

Pyrite의 산화과정에서 생성되는 황산 때문에 발생하는 산성 광산 유출수는 다량의 중금속들을 함유하므로 적절한 처리 과정을 거친 후 배출되어야 한다. 산성 광산 유출수의 중화과정에서 발생하는 침전물은 주로 철과 알루미늄의 수산화물인대, 이 두 침전물은 2단계 중화과정을 거치면 분리될 수 있다. 본 연구에서는 대구시 달성군 가창면에 위치한 폐중석광산의 유출수를 이용하여 철과 알루미늄의 침전물에 의한 중금속의 제거 현상을 조사하였다. 유출수의 pH는 3.2였으며 As, Cd, Cu, Mn, Pb, Zn 등의 함량이 하천수질기준이나 폐수배출허용기준을 상회하였다. 1단계 중화에서는 $Ca(OH)_2$를 이용하여 철이 먼저 침전되도록 하였으며, 철을 100% 침전시켰을 때 납은 상당부분 침전으로 제거되었으나 대부분의 중금속은 제거되지 않았다. 2단계 중화에서는 1단계 중화 후의 상등액을 pH 7.5까지 적정하였는데, 이 때 As, Cd, Cu, Mi, Mn, Zn 등의 중금속들이 하천으로 방류가 가능한 수준으로 제거되었다. 1단계 중화에서 발생한 철 침전물은 특별한 처리 없이 폐기될 수 있을 것이며, 2단계 중화에서 생성된 침전물은 중금속을 함유하므로 특정폐기물로 취급하여 처리하여야 할 것이다. 이러한 두 단계 중화과정을 거치면 효과적인 중금속의 제거와 함께 산성 광산 유출수의 처리 후 발생하는 중금속 함유 침전물의 처리에 따른 비용의 절감이 가능할 것이다.