• 자원환경지질
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• 제55권4호
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• pp.377-388
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• 2022

제강슬래그를 이용한 광물탄산화 공정 이후 발생하는 잔사슬래그의 비소(As) 제거 기작 규명을 위해, 전로제강슬래그(blast oxygen furnace slag: BOF)에 직접 및 간접탄산화 공정이 각각 적용된 두 종류의 잔사슬래그를 대상으로 실험실 규모의 실험을 실시하였다. 광물탄산화 공정은 잔사슬래그의 화학적-광물학적 조성변화, 용출수의 pH 저감, 표면 미세공극 형성 등 기존 제강슬래그의 특성을 변화시키는 것으로 밝혀졌다. 다양한 pH 범위의 As 인공오염수(초기농도: 203.6 mg/L)에 잔사슬래그를 반응시킨 배치실험에서, RDBOF (직접탄산화 후 BOF)는 초기 pH가 감소할수록 As 제거효율이 증가하는 경향을 보이며 초기 pH가 1인 환경에서 99.3%의 As 제거효율을 나타냈다. 이는 RDBOF 표면을 피복하던 CaCO₃가 낮은 초기 pH 환경에서 용해되어 RDBOF 표면에서 철산화물의 노출 면적을 증가시킴으로 인해, 철산화물의 As 음이온 표면 흡착을 촉진한 것에서 기인한 것으로 판단되었다. 반면 RIBOF (간접탄산화 후 BOF)는 초기 pH가 높은 환경일수록 As 제거효율이 증가하며 초기 pH 10의 As 오염수에서 70.0%의 가장 높은 As 제거효율을 보였다. RIBOF의 영전하점(pH 4.5)을 고려할 때, 초기 pH 4-10 조건에서 음전하를 띠는 RIBOF의 표면에 As 음이온의 전기적 인력에 의한 표면 흡착은 발생하기 어려울 것으로 예상되었다. 다만 수용액 내 용존하는 Ca²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺와 같은 2가 양이온들에 의해 As 음이온이 RIBOF 내 철산화물에 간접적으로 고정되는 양이온 가교효과(cation bridge effect)가 발생하였고, 초기 pH가 높은 환경일수록 슬래그 표면이 더 강한 음전하를 띠며 양이온 가교효과가 가속화되어, 결과적으로 많은 As가 흡착된 것으로 판단되었다. 하지만 강알칼리 (pH 10-11 이상) 조건에서는 RIBOF 표면에 생성된 칼슘침전물이 철산화물을 피복함으로써 철산화물에 의한 As 음이온 표면 흡착을 저해하는 현상이 발생하였다. 또한 배치실험 이후 회수된 잔사슬래그에 TCLP 시험을 수행한 결과, RDBOF와 RIBOF 모두 2% 미만의 As 탈착률을 보여 안정적인 형태로 As가 고정되어 있음이 확인되었다. 본 연구 결과를 통해, 잔사슬래그가 기존에 As 제거제로 활용되던 제강슬래그의 단점인 수계의 급격한 pH 상승을 억제하는 동시에, 높은 As 제거효율 및 안정성을 나타내는 저비용-친환경의 As 제거제로서의 활용 가능성을 입증하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제7권2호
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• pp.71-97
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• 1974

답상태토양중(畓狀態土壤中)의 물질변화(物質變化)에 관(關)한 연구(硏究)는 이제까지 많이 실시(實施)되어 많은 성과(成果)를 올리고 있다. 그러나 이들 연구(硏究)의 대부분(大部分)이 실험실내(實驗室內)에서 실시(實施)된 비커실험(實驗), 혹(或)은 주사통실험(注射筒實驗)으로 그 결과(結果)를 야외(野外)의 답토양(畓土壤)에 적용(適用)시키는 것은 약간(若干)의 난점(難點)이 예상(豫想)된다. 토양중(土壤中)의 물질변화(物質變化)라고 하는 관점(觀點)에서 비커, 또는 주사통내(注射筒內)에 충전(充塡)된 답작토층토양(畓作土層土壤)과 야외(野外)의 답작토층토양(畓作土層土壤)과의 가장 중요(重要)한 차(差)는 후자(後者)에 수도근(水稻根)이 만연(蔓延)되어 있다는 것과 토양중(土壤中)에서 물의 이동(移動)이 있다는 것이다. 물의 침투(浸透)가 답상태(畓狀態) 작토층토양(作土層土壤)의 물질변화(物質變化)에 미치는 영향(影響)에 관(關)한 연구(硏究)는 상당(相當)히 많이 실시(實施)되어 그 실체(實體)가 명백(明白)해져 가고 있다. 한편 수도근(水稻根)의 존재(存在)가 답상태작토층토양(畓狀態作土層土壤)의 물질변화(物質變化)에 미치는 영향(影響)에 관(關)한 연구(硏究)는 몇개(個)의 보고(報告)가 있으나 그 결과(結果)는 상호(相互) 좋은 일치(一致)를 보이지 않고 있으며 수도근(水稻根)의 존재(存在)가 토양(土壤)의 물질변화(物質變化)에 미치는 기구(機構)는 추측(推測)의 영역(領域)을 벗어나지 못하고 있기 때문에 본연구(本硏究)는 실험(實險) I에서 수도재배(水稻栽培)가 답상태토양중(畓狀態土壤中)의 물질변화(物質變化)에 미치는 제효과(諸効果)를 확인(確認)하고 실험(實驗) II, III에서 이들 効果를 가져 온 기구(機構)를 해명(解明)할 목적(目的)으로 실험(實驗)하였든바 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 대조구(對照區)의 작토층토양중(作土層土壤中)의 물질변화(物質變化) 및 용탈과정(溶脫過程)은 비커, 주사통(注射筒), 투수실험등(透水實驗等)의 실내실험(室內實驗)에서 나타냈든 기본적(基本的)인 유형(類型)에 따라 이루어졌으며 수도근(水稻根)의 존재(存在)는 이와같은 물질변화(物質變化) 및 용탈과정(溶脫過程)을 현저(顯著)히 변화(變化)시키는 것이 아니며 단지야간(單只若干)의 변화(變化)를 주는 정도(程度)였다. 2. 실험(實驗)I에서 경수(莖數)와 침투수중(浸透水中)의 양(陽) ion. $Ca^{{+}{+}}$, $Mg^{{+}{+}}$, Fe, Mn 간(間)의 상관관계(相關關係)는 전부(全部) 고도(高度)의 유의성(有意性)을 나타내고 있어 수도근(水稻根)은 이들 ion들의 용탈(溶脫)을 촉진(促進)시킨다고 본다. 3. 가리(加里), 규산(珪酸), 인산(燐酸) 등(等)은 분얼(分蘖) 최성기(最盛期)부터 흡수(吸收)로 인(因)하여 감소(減少)하였으며 $NH_4$-N 는 검출(檢出)되지 안했다. 4. 실험(實驗)II 에 있어서 경수(莖數)와 침투수중(浸透水中)의 전(全) 양(陽)ion, $Ca^{{+}{+}}$, $Mg^{{+}{+}}$, $Fe^{{+}{+}}$, Fe, Mn 간(間)의 상관관계(相關關係)가 Mg을 제외(除外)하고 전부 고도(高度)의 유의성(有意性)을 나타내고 있어, 이와같은 현상(現象)도 수도근(水稻根)에 의하여 이들 양(陽)ion의 용해(溶解), 용탈(溶脫)이 촉진(促進)되었다고 보는 것이 타당(妥當)하다고 생각된다. 5. 경수(莖數)와 $HCO_3{^-}$ 간(間)의 상관관계(相關關係)는 고도(高度)의 유의성(有意性)을 나타내고 있어 수도근(水稻根)의 활성(活性)이 증가(增加)함에 따라 $HCO_3{^-}$ 도 증가(增加)함을 알았다. 6. 침투수중(浸透水中)의 $HCO_3{^-}$ 와 전(全) 양(陽) ion, $Ca^{{+}{+}}$, $Mg^{{+}{+}}$, $Fe^{{+}{+}}$, Fe, Mn 과의 상관관계(相關關係)는 고도(高度)의 유의성(有意性)이 인정(認定)되었으며 수도근(水稻根)에 의(依)하여 생성(生成)된 $HCO_3{^-}$ 는 $Ca^{{+}{+}}$, $Mg^{{+}{+}}$, $Fe^{{+}{+}}$, Fe, Mn 의 용탈(溶脫)을 촉진(促進)시키며 이들 양(陽) ion은 중탄산염(重炭酸鹽)의 형태(形態)로 용탈(溶脫)된다는 것을 시사(示唆)하는 결과(結果)로 보아진다. 7. 침투수중(浸透水中)의 철(鐵)은 거의 전부(全部)가 2가철(價鐵)이며 2가철(價鐵)과 $HCO_3{^-}$의 상관관계(相關關係)를 보면 고도(高度)의 유의성(有意性)이 인정(認定)되므로 철(鐵)은 중탄산철(重炭酸鐵)의 형태(形態)로 용탈(溶脫)된다고 보는 것이 타당(妥當)하지 않을까 한다. 8. 근권토양(根圈土壤)은 타(他)의 미소부위(微小部位)에 비(比)하여 2가철(價鐵)이 경시적(經時的)으로 감소(減少)하였으며 Glucose 함량(含量)이 2~3배(倍)나 많은 것은 수도근(水稻根)이 산소(酸素)를 분필(分泌)하고 근권토양(根圈土壤)을 산화(酸化)시키며 유기물(有機物)을 분필(分泌)하고 노화(老化)된 물질(物質)의 탈락(脫落) 등(等)에 의(依)하여 유기물(有機物)을 부화(富化)시킨다고 하는 기왕(旣往)의 보고(報告)와 잘 일치(一致)하고 있다. 9. 근권토양(根圈土壤)은 타부위(他部位)에 비(比)하여 ${\beta}$-Glucosidase와 Phosphotase의 활성(活性)이 강(强)한 것은 근권토양(根圈土壤)에 Glucose 함량(含量)이 많기 때문에 미생물(微生物)의 활동(活動)이 왕성한 데에 원인(原因)이 있다고 본다. 10. 침투수(浸透水)의 pH는 재배구(栽培區)가 시종(始終)낮으며 재배구(栽培區)의 Eh는 후기(後期)에 높았다. 끝으로 본(本) 연구(硏究)를 수행(遂行)함에 있어서 시종(始終) 지도(指導)하여 주신 동경대학(東京大學) 농학부토양학연구실(農學部土壤學硏究室) 고정강웅교수(高井康雄敎授)에게 심심(深甚)한 사의(謝意)를 표(表)하며 여러가지로 조언(助言)과 협조(協助)를 하여 주신 화전수덕조교수(和田秀德助敎授)를 비롯한 연구실(硏究室) 제위(諸位) 그리고 공시토양(供試土壤)과 종자(種子)를 제공(提供)하여 주신 동학부(同學部) 천전신일랑교수(川田信一郞敎授) 산기경우박사(山崎耕宇博士), 수도재배(水稻栽培)에 便宜(便宜)를 제공(提供)하여 주신 동학부(同學部) 웅택희구웅교수(熊澤喜久雄敎授), 평전희박사(平田熙博士)에게 감사(感謝)를 드린다.