본 연구에서는 인천북항 인근 Pb, Zn 및 Cu로 오염된 해양퇴적물에 대하여 산업부산물인 적니와 굴패각을 안정화제로 선정하여 안정화 처리를 수해하였다. 안정화제는 적니와 굴패각으로 오염토 함량대비 각각 5%, 10%, 15%를 사용하여 15일간 습윤양생 하였다. 연속추출 실험결과를 통해 미처리오염퇴적물에서 큰 비중을 차지하고 있었던 산화물 형태와 유기물 형태 중금속이 안정화제에 의해 유기물 형태 및 잔류물 형태로 안정화되고 있음을 알 수 있었다. 또한, 안정화효율 평가를 위해 TCLP를 수행한 결과, 대조군과 비교해서 안정화 처리 퇴적물인 경우 중금속의 용출량이 확연하게 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터, 산업부산물을 이용한 안정화제가 오염퇴적물처리에 활용 가능함을 나타내고 있다.
In order to investigate on the effect of stabilization methods for rice paddies contaminated by heavy metals, a series of lab-scale model test was carried out by applying the characteristics of submerged Paddy soil. To perform the lab-scale model test, columns were made by acrylic with the dimension of diameter=10cm, thickness=0.5cm and were filled with soils which was contaminated were mixed with stabilization agents(lime stone 5% and steel refining slag 5% respectively). To manipulate the reduction condition, soils in the columns were submerged with distilled water. And then soil water and subsurface water in each column were sampled in the regular term and analysed the various physical and chemical properties.
At the latest industry develops, heavy metals or sludge contaminated surrounding farm land and rivers. In this study, wished to solve problem by saying contaminated sludge and tailing and heavy metals to do solidification using Magnesia phosphate cement. Confirmed through above experiment that magnesia is effect in solidification and stabilization of chromium and lead.
A long-term field demonstration experiment of selected stabilization method to reduce the heavy metal mobility in farmland soil contaminated by heavy metals around abandoned mine site was conducted. Field demonstration experiments were established on the contaminated farmland with the wooden plate(thickness=1cm) which dimension were width=200cm, Length=200cm, height=80cm and filled with treated soil, which was mixed with lime stone and steel refining slag except on control plot. Soil samples were collected and analyzed during the experiment period(2008. 2~2008. 8) after the installation of the plots. Field demonstration experiments results showed that the application ratio of lime stone 5% was effective for immobilizing heavy metal components in contaminated farmland soil.
본 연구는 수용액 내 존재하는 Cd, Pb을 다양한 화학적 안정화제를 이용하여 안정화 효율성을 평가하였다. 연구에 사용한 안정화제는 중금속 이온과의 반응특성 별로 석회물질, 광물질 등으로 구분하여 문헌조사를 바탕으로 5종을 선정하여 사용했다. 안정화 효율성 평가방법은 용액 내 중금속 함량을 단계적으로 제조하여 안정화 효율성, 반감기 및 반응속도 산정 및 반응 후 안정화제의 반응생성물 확인의 순으로 진행했다. 안정화 효율성 평가결과 석회물질 ($CaCO_3$)을 다량 함유하여 기본적으로 pH를 8이상으로 교정하는 안정화제의 경우 처리량에 상관없이 대부분 불용화되는 것으로 나타났으며, 낮은 산도교정 물질은 50% 수준의 효율성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 효율성이 크게 나타난 물질을 대상으로 반응속도상수 (K)를 산출한 결과 Cd의 경우 처리량에 따라 증가하였지만, Pb의 경우 초기에 반응속도가 빠르게 일어나 처리량에 따른 평가는 불가능 하였다. 다량의 중금속 이온과 반응시킨 안정화제의 표면관찰을 통한 생성물 검정 결과 SEM 사진으로 반응 전 후의 생성물 확인을 간접적으로 확인하였다. 또한, SEM-EDS 분석결과 반응 후 물질 표면에서 Cd과 Pb의 성분 검출을 확인하였다. 그리고 XRD 분석을 통해 효율성이 좋았던 물질에서 Cd과 Pb 성분의 검출이 확인되어 수용액 상에 이온형태로 존재하는 중금속의 복원에 안정화제를 이용한 저감은 효율적일 것으로 판단된다.
This study estimated stabilization efficiency of As and heavy metal contaminated agricultural soil in abandoned mine through pot experiment. Also contaminants uptake of plant (lettuce) was compared as function of amendment (limestone, steelmaking slag and the mixture of these) addition. In soil solution analysis, concentration of contaminants in soil solutions which added limestone or steelmaking slag were lower than that of the mixture. Especially in As analysis, concentration with 5% (wt) addition of steelmaking slag showed the lowest value among those with other amendments. This seems that As stabilization happens through Fe adsorption during precipitation of Fe by pH increasing. Leachability of As in stabilized soil by TCLP was represented similar result with soil solution analysis. However leachability of heavy metals in stabilized soil was similar with that of non-stabilized soil due to dissolution of alkali precipitant by weak acid. Contaminants uptake rate by plant was also lower when limestone or steelmaking slag was used. However this study revealed that concentration of contaminants in soil solution didn't affect to the uptake rate of plant directly. Because lower $R^2$ (coefficient of determination) was represented in linear regression analysis between soil solution and plant.
Powdered marble wastes (PMW) generated by Utique marble cutting industries (North of Tunisia) with abundant amounts were used in this study as low-cost materials to investigate the stabilization of heavy metals (Pb, Zn, Fe) in sludge generated from a local Zn-Electroplating factory. Powdered marble wastes were evaluated by means of chemical fractions of heavy metals in sludge and concentrations of heavy metals in leachate from columns to determine their ability to stabilize heavy metals in contaminated sludge. Results indicated that chemical fractions of heavy metals in sludge were affected by application of the PMW mineral materials and pH, however, the effects varied with heavy metals. Application of the powdered marble wastes mineral materials reduced exchangeable metals in the sequence of Pb (60.5%)>Fe (40.5%)>Zn (30.1%). X-ray diffraction and hydro-geochemical transport code PHREEQC analysis were successfully carried out to get a better understanding of the mechanisms of reactive mineral phases involved in reduced exchangeable heavy metals in sludge after PMW material amendments. Therefore, metal immobilization using powdered marble wastes materials is an effective stabilization technique for industrial metallic hydroxide sludge.
각 시멘트 구성 광물별로 중금속의 고정/안정화 메커니즘과 수화거동을 검토하였다. $C_3$S수화 시 Pb는 불용성화합물인 Ca[Pb(OH)$_3$.$H_2O$]$_2$를, Cr은 CaCr $O_4$$H_2O$를 생성하였으며, 초기 7일까지는 전체적으로 중금속이 첨가되어진 경우 수화가 늦어지는 경향을 보이고 있었다. $C_3$A와 $C_4$$A_3$$S^{S}$수화 시 Pb, Cr 이온이 ettringite 또는 monosulfate에 의한 수화물에 치환에 의한 고정/안정화되고 있다. 수화물에서 Pb, Cr, Zn등 유해중금속의 용출은 극미하였으며 이는 수화물에 중금속이 고정/안정화되었음을 알 수 있다. 슬래그 혼합 시멘트를 이용한 산업 폐기물 STS, BF, COREX 슬러지 함유 중금속의 고정화/안정화를 검토하였다 시멘트와 폐슬러지를 3 : 7의 비율로 혼합 고화 처리한 결과 유해 중금속의 용출은 극미하였으며, 효과적으로 고정/안정화됨을 확인할 수 있었다.다.
토양에서 중금속 안정화를 위하여 여러 종류의 개량제들이 연구되어왔다. 그러나 알칼리 토양에서 개량제들의 영향과 그에 따른 작물 가식부로의 중금속 전이에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 알칼리 토양에서 농작물의 가식부를 대상으로 중금속 안정화 효율 및 중금속 전이를 평가하기 위해 수행되었다. 중금속으로 오염된 광산 인근 농경지 토양에 3종류의 안정화제 (석회석, 제강슬레그, 산성광산배수슬러지)를 각각 3%씩 현장에 처리하였다. 6개월의 aging 이후 배추 (엽채류), 청경채(엽채류), 마늘 (근채류) 그리고 고추 (과채류)를 정식하고 표준영농교본에 준하여 재배하였다. 화학적 평가를 위해 토양 내 중금속의 총함량과 Melhich-3 용액을 이용한 생물유효도를 검정하였다. 생물학적 평가를 위하여 작물들의 생산량과 중금속 흡수량을 분석하였다. 그 결과, 산성광산배수슬러지 개량제의 유효도 저감 효과가 가장 우수하였으며 그에 따라 식물로의 중금속 전이 또한 감소하였다. 통계분석 결과 식물의 중금속 흡수를 설명하는 데에 있어 토양 내 중금속 총함량 보다는 생물유효도가 더 적합한 것으로 나타났다. 지속가능한 토양 환경의 관리, 안전한 농작물 생산, 그리고 중금속 흡수에 따른 인체 위해성 저감을 위하여 생물유효도에 기반한 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것이다.
In this study, to stabilize the heavy metal in the contaminated soils, the column leaching test based on rainfall and pH value was performed by using coal mine drainage sludge(CMDS): which was generated during electrical purification of abandoned coal mine wastewater. Four types of testing column were used in this study. That were the CMDS and the heavy metal contaminated soils well mixed in 0 wt%, 1 wt%, 3 wt% and 3 wt% layered column. According to the investigation, when the influent pH was $5.5{\sim}6.2$, there were no heavy metal elution at all conditions, and when the influent pH was $3{\sim}3.3$, the order of Cu, Zn, Pb, Cr elution concentration was 3 wt% M(mixed)<3 wt% S(separation)<1 wt% M<0 wt% and the average elution concentration was quite low, the value was 0.005 mg/L. Therefore, CMDS can used as new stabilizer of the heavy metal in the contaminated soils.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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