518 김대엽 박제현 박주현 분리효율과중금속과토양의다양한결합형태로인해실제현장에단독으로적용하기에는어려움이있다. 화학적추출기법중토양세척법은오염토양을정화하는데매우유용한방법으로널리이용된다 (Moutsatsou et al., 2006). 이러한토양세척법은 EDTA, 염산, 황산

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민혁 삼
5 years ago
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1 한국자원공학회지 J. Korean Soc. Miner. Energy Resour. Eng. Vol. 55, No. 6 (2018) pp , ISSN (print) ISSN (online) 연구논문 가학광산중금속오염토양의세척최적조건연구 김대엽 1) * 박제현 1) 박주현 1) A Study on Optimal Conditions for Washing the Heavy Metal Polluted Soil in Ka-hak Mine Teayoup Kim*, Jayhyun Park and Juhyun Park (Received 26 November 2018; Final version Received 19 December 2018; Accepted 20 December 2018) Abstract : In order to remove pollutants from the soil in the Ka-hak mine site, this study investigates optimization of the acid washing conditions for the soil. The soil at the site is presumed to be contaminated by diffused heavy-metal-contaminated tailings. The major heavy metal pollutants in the soil are copper, lead, and zinc. Gravels larger than 5mm in size constitute approximately 38% of the soil, and these are the least polluted by heavy metals. On the other hand, it is difficult to reduce the concentration of heavy metals in fine soils, particularly those whose sizes are less than mm. The results of the continuous process using a hydro-cyclone show that fine soil particles consisting of at least 20% of the raw soil must be separated before the chemical soil washing process in order to achieve reliable cleaning. Key words : Ka-hak mine, Heavy metal, Soil washing, Hydro-cyclone 요약 : 본연구는가학광산오염토양정화를위해토양세척최적조건을수립하는데목적이있다. 연구지역내토양은다양한중금속에의해오염되어있는데특히구리, 납, 아연의농도가높게나타난다. 염산을활용한세척실험결과 1 M의농도로 30분세척시중금속의제거효과가가장좋게나타났다. 전체토양의 38% 는 1.18 mm 이상의굵은입자로오염도가상대적으로낮으나 mm 이하의작은입자들은오염도가높아고농도의염산용액과긴세척시간에도불구하고오염도를기준치이내로낮추기어려웠다. 따라서오염도가높고, 중금속농도저감이어려운작은토양입자들을토양세척이전에물리적인방법으로분리할필요가있는것으로판단된다. 습식사이클론을활용한연속식토양세척실험결과 20% 이상의미립자를제거한경우오염토양의중금속농도를기준치이내로저감시킬수있었다. 주요어 : 가학광산, 중금속, 토양세척, 습식사이클론 서 산업활동이환경에미치는영향에대한우려는국제적인이슈이며, 지난수십년간꾸준히제기되어왔다. 우리나라도지난 1977 년최초로 환경보전법 이제정되었으나, 오염토양에대한구체적인처리는 1995 년 토양환경보전법 이제정되면서시작되었다 (Park, 2010). 토양환경보전법제정후폐기물매립지, 산업단지, 휴폐광산주변, 유류저장시설및군부대부지등을대상으로오염실태를정밀조사한결과석유계총탄화수소등의유기화합물과니켈, 아연등을포함하는총 17 종의중금속류등에의한토양오염이심각한것으로보고되었다 (KMOE, 2012). 특히휴폐광산은무기오염원의주요배출원으로인근에서주로나타나 론 1) 한국광해관리공단기술연구센터 *Corresponding Author( 김대엽 ) ; daeyoub@mireco.or.kr Address; 2, Segye-ro, Wonju-si, Gangwon-do, Korea 는납, 비소, 구리, 아연및카드뮴등의중금속은주변토양에축적되어생태계에심각한영향을미친다 (Zheng et al., 2007; Kwon et al., 2013a; Koh et al., 2015). 이러한중금속은생물난분해성물질로서식물내에축적되면엽록소합성과광합성을방해하여식물생장과번식에악영향으로작용한다 (Rizwan et al., 2016). 또한토양에오랜기간체류하여지속적인피해를유발한다는측면에서환경적으로도큰위험요소가되며오염지역의개간과복원에많은환경적및경제적이슈를야기한다 (Adrees et al., 2015; Akcil et al., 2015). 중금속오염토양을정화하기위한방법은고형화 / 안정화법, 토양세척법, 식물정화법, 부선법등이대표적이며다양한오염토양정화기술이다수의연구자들에의해꾸준히연구개발되고있다. Klima and Kim(1998) 은인공적인 Pb/soil system 을제작하고, 물리적선별기법중하나인 hydrocyclone 을이용하여납오염토양을 90% 이상분리해낸연구결과를보고한바있다. 하지만저밀도입자에대한낮은 517

2 518 김대엽 박제현 박주현 분리효율과중금속과토양의다양한결합형태로인해실제현장에단독으로적용하기에는어려움이있다. 화학적추출기법중토양세척법은오염토양을정화하는데매우유용한방법으로널리이용된다 (Moutsatsou et al., 2006). 이러한토양세척법은 EDTA, 염산, 황산, 질산및이소프로필알콜등의추출액을이용하여토양내중금속을효과적으로용출할수있다 (Rybicka and Jedrzejczyk, 1995; Semer and Reddy, 1996; Sun et al., 2001; Tokugawa and Hakuta, 2002; Kwon et al., 2013b). Abumaizar and Smith(1999) 는다양한농도의 Na 2 S 2 O 5 용액과 Na 2 EDTA 를이용하여카드뮴, 아연, 납및크롬등의중금속오염토양에대한세척시험을수행한결과 Na 2 EDTA 의높은세척효율을밝혀내었다. EDTA 는중금속에대한용해도가매우높고, 다양한중금속을운반할수있는데이러한특성으로중금속오염토양세척시가장널리이용되는세척제이다 (Jelusic and Lestan, 2014; Pinto et al., 2014; Satyro et al., 2016; Jez and Lestan, 2016; Kim et al., 2016). 그러나생분해도가낮아토양내장기간체류하며토양미생물과식물에부정적인영향을미칠수있다. 게다가지하수에의한침출로 2 차중금속오염의위험이있어실제이용에주의가필요하다 (Jez and Lestan, 2016; Suanon et al., 2016). Baek et al.(2007) 은납으로오염된사격장부지토양을염산을이용한토양세척효과를평가했다. 0.2M 의염산을이용하여고액비 1:3 으로 10 분간 2 회세척하여 96% 의납을제거했으며, 다양한조건에서실험을진행한결과중금속제거효율은토양세척시간과세척액온도에영향받는것으로평가했다. Lee et al.(2008) 은카드뮴, 구리, 납, 아연등으로복합오염된토양에다양한세척제의정화효율을비교분석했다. 염산, CaCl 2, 시트르산, Na 2 EDTA 등의상용화된세척제의세척효율을비교한결과, 염산, 시트르산, Na 2 EDTA, CaCl 2 순으로높은정화효율을보였고, 1M 의염산으로 100 분이상세척했을때카드뮴, 구리, 납, 아연 이초기농도대비각각 82%, 86%, 80%, 46% 가량저감되었다. Dermont et al.(2008) 은중금속오염토양정화의일반적인프로세스로물리적선별 (Physical Sepration/PS), 화학적추출 (Chemical Extraction/CE) 및물리적선별과화학적추출을혼용하는방법 (PS/CE) 을제안한바있다. 오염토양의효과적인정화를위해서는토양입자의모양, 금속과토양입자의결합형태등을통해적절한정화법을선택해야한다. 본연구는중금속오염토양을정화하기위하여물리화학적처리방법을적용하고, 연구대상의특성에맞는처리가이드라인을마련하는데목적이있으며, 나아가토양정화를통해토지의활용도를높이고인체로의오염물질전이등의문제를해결하고자한다. 시료특성및실험방법 시료특성본연구의대상은경기도광명시에위치한가학광산인근토양이다. 가학광산은 1900 년대초반부터은, 구리, 아연을채광했으며 1972 년까지가행되었다. 이지역에서채광되던광석광물은방연석 (PbS), 섬아연석 (ZnS), 황동석 (CuFeS 2 ) 이며기존선광장및광물찌꺼기적치장부지로부터유실된광물찌꺼기및폐석들은인근토양에산재되어있다 (Lee et al., 2015). 오염토양의점토, 실트, 모래함량을토성구분 3 각도 ( 국제토양학회법 ) 에대입한결과사양토 (Sandy Loam) 에해당되었다. 사양토는입자가세밀한점토, 중간입자인실트그리고이들보다약간많은모래로이루어져있다. 입도분포의분류는미국표준협회의 ASTM sieve designation( 체번호 16, 100, 200, 400) 을이용하여습식으로체거름하였다. Table 1 의입도분포분석결과 mm (#200) 이하입자가약 26% 존재하며 1.18 mm (#16) 이상입자는약 38% 정도이다. Table 1. Concentrations of heavy metals in Ka-hak mine soil. [Unit: mg/kg] Area KMOE Standard 1) Wt.% As Cd Cu Pb Zn 1 st area Countermeasure Level (Agriculural area) Concerning Level >11.2 mm 14.82% N.D 2) ~1.18 mm 23.45% N.D Size Range 1.18~0.075 mm 35.35% N.D <0.075 mm 26.38% Raw sample 100% ) KMOE: Korean Ministry of Environment, 2) N.D = not detected 한국자원공학회지

3 가학광산중금속오염토양의세척최적조건연구 519 주변지역중금속은카드뮴, 아연, 납및수은등으로오염되어있으며, 특히카드뮴과아연은각각우려기준의최대 17 배에달하는것으로보고된바있다 (MIRECO, 2014). 이러한오염토양에대해지자체등에서는오염원유실방지시설설치, 하천토준설, 농경지객토등을수행하였으나근본적인오염원인물질처리가여전히필요한실정이다. 본연구에서는실험을효율적으로수행하기위해먼저가학광산인근오염토양의입자크기별중금속오염양상을분석하였다. 가학광산오염토양의중금속오염분석결과카드뮴, 구리, 아연등의중금속이토양환경보전법상 1 지역우려기준을초과하며, 납의경우 1 지역대책기준을초과한다. 또한토양입도별중금속농도는 mm 이하의미립토에서가장높았다 mm 를초과하는입자에서는입자가클수록중금속오염농도는낮았으며 11.2 mm 이상의자갈에서는모든중금속오염농도가기준치이하로나타났다 (Table 1). 이는오염된농경지미립자들이가학광산기원의광물찌꺼기로부터발생되었음을간접적으로암시하는것으로판단된다. 실험방법실험에사용된토양의균질화를위해 1.18 mm (#16 체 ) 로습식체거름을수행하였다. 1 mm 이상의토양입자는레이저회절형 ( 혹은산란형 ) 입도분석기로분석이불가능하여오염토양분리조건을정량화하여판별할수없다. 또한 1.18 mm 이하의작은입자에서는일반적으로높은오염도를나타내기때문에이기준으로세척조건을잡을경우오염도가상대적으로낮은큰입자들도함께처리할수있다. 세척액은주오염원인구리, 납및아연과반응하여발생할수있는침전물, 세척액비용및효율등을종합적으로고려하여염산 (35%, 대정화금, 대한민국 ) 을선택하였다 (Baek et al., 2007; Lee et al., 2008). 또한현장적용시세척공정에서발생할수있는염소가스및공정종료후의세척수의안정적처리를위해염산의농도는 1M 을기준으로설정하였다. 본연구에서의실험조건은한국광해관리공단 (MIRECO) 에서수행한 광산지역오염토양의생태친환경복원공법개발 (2015) 을참고하였다 (MIRECO, 2015). 토양세척시토양과염산의고액비는중량을기준으로고체농도약 9% ( 토양 : 세척액 = 1:10) 이다. 또한세척시반응기의교반속도는 150 rpm 이고교반기직경은반응조직경의약 70% 가되도록설정하였다. 그리고교반시영향을받지않는부분 (Dead point) 이발생하지않도록교반기위치를반응조바닥에서크게떨어지지않도록 (1 cm 이하 ) 실험을진행하였다. 토양세척시간에따른세척효율측정을위해세척액농도를 1 M 로고정하고세척시간을 10 분에서 120 분까지단 계적으로증가하였다. 세척액농도에따른세척효율평가를위해오염도가낮은 1.18 mm 이상의입자와장시간세척에도농도의저감이어려운 mm 이하의입자를따로분리제거한뒤세척액농도를 0.25 M, 0.5 M, 1 M, 1.5 M 로증가시키면서수행하였다. 세척액농도의변화에따른산세척시간은세척효과및경제성등을고려하여 30 분동안수행하였다. 본실험의모든공정에서는세척이완료된즉시혼합물을감압탈수시켜시료와세척액을분리하였고탈수된시료에증류수를 1:10 의고액비로첨가하여 5 분간동일교반기로잔류세척액제거를위한수선 (Rinsing) 을수행하였다. 수선과정은동일방법으로 2 회수행하였으며수선이끝난시료는습식체거름을통해입도분리를수행하였다. 세척후토양내중금속농도는토양오염공정시험법상 1 지역우려기준치를적용하여세척효과를분석하였다. 사이클론을이용한미립자분리실증시험은 apex(under) 출수구로빠져나가는조립자와 vortex(over) 출수로분리되는미립자의적정비율을설정하는데목적이있다. 본실험에서는사이클론의시료투입압력과, apex flow 의출수구직경을조정하여조립자와미립자의분리비율을조정했다. Apex flow 출수구직경조정을통해유출량을조정한경우는시료투입압력을 0.75 kpa 로고정하였고사이클론 apex flow 출수구직경은 3, 7, 9 mm 로조정하면서실험을진행하였다. 시료투입압력을조정한경우는출수구직경을 7 mm 로고정했고, 투입압력을 0.25, 0.5, 0.75 kpa 로조정하여실험을진행하였다. 중금속농도와토양입도측정은 ICP-OES(Varian 710-ES, Varian, U.S.) 및입도분석기 (Mastersizer 2k, Malvern, U.K.) 를이용하였다. 결과및고찰 세척시간영향분석오염토양중 1.18 mm 이하입자를 1 M 의염산으로세척시간을달리하여실험한결과 mm 이하의미립자는세척시간과상관없이기준치이상의구리, 납및아연농도를나타내었다 (Fig. 1) ~0.075 mm 입자는구리및납농도가 30 분이상세척했을때기준치이하로나타났으나, 일부구간에서기준치이상의중금속농도를나타내었다. 반면 mm 이상의입자는 30 분이상세척했을때모두기준치이하로농도가낮아졌다. 아연은보다큰입자 (0.075~0.15 mm) 에서세척에따른중금속농도가저감되었고일부구간에서는여전히기준치를초과하였다. 세척시간이증가할수록전체토양의중금속농도는감소하지만일부입자구간에서세척시간에따라중금속농도가높아지는현상이나타났다 ~0.075 mm 입자는 60 분세척 제 55 권제 6 호

4 520 김대엽 박제현 박주현 시상대적으로높은중금속농도를보였다. 보다큰 0.075~0.15 mm 입자와 1.18~0.15 mm 입자또한세척시간이증가할수록중금속저감효과를보이다가 120 분세척시높은중금속농도를보였다. 이러한현상은침출된중금속이용액내에포화되어재침전이일어난결과로보인다. Lim et al.(2004) 의실험에서산세척을통한중금속의탈착이평형상태에도달하면그이상의세척시간은효과가없거나세척액의과포화로인해중금속침전이유발되는것으로나타났다. 본연구의세척시간의영향분석결과토양입자가작을수록중금속의침출이빨리일어나지만그만큼재침전또한빠르게진행되는것으로나타났다. 전체토양 의중금속저감효과를고려해볼때구리의경우시간이증가함에따른저감효과가가장크게나타났으며, 60 분이후로는감소폭이작다. 세척액농도영향분석구리는 mm 이상입자의경우세척액농도와상관없이모두기준치이하의중금속농도를나타내었다 (Fig. 2). 하지만 mm 이하의작은입자는세척액의농도가높아질수록오히려잔류중금속농도가높아지는경향을나타내었다. 납의경우구리와마찬가지로상대적으로큰입자의경우세척액농도와상관없이기준치이하의중금속농 Fig. 1. Concentrations of heavy metal in the soil washed using 1 M HCl over time. 한국자원공학회지

가학광산중금속오염토양의세척최적조건연구 521 도를보인반면작은입자들은우려기준치를초과하였다. 아연은여러입자구간에서세척액의농도가높아질수록잔류중금속의농도가높아지는경향을보였다. 또한입자크기가상대적으로큰 0.075~0.15 mm 구간의입자에서도높은잔류중금속농도가나타나는것으로보아적정세척액농도를선정하기어렵다고판단된다. Park et al.

5 가학광산중금속오염토양의세척최적조건연구 521 도를보인반면작은입자들은우려기준치를초과하였다. 아연은여러입자구간에서세척액의농도가높아질수록잔류중금속의농도가높아지는경향을보였다. 또한입자크기가상대적으로큰 0.075~0.15 mm 구간의입자에서도높은잔류중금속농도가나타나는것으로보아적정세척액농도를선정하기어렵다고판단된다. Park et al.(2009) 에따르면아연으로오염된토양을세척할시 0.1 M 이상의염산은아연농도의저감에효과적이지않다는연구결과를보고한바있으며, 연속세척을통하여아연의제거율을향상시킬수있음을밝혔다. 염산농도의증가에도불구하고아연의제거율이증가되지않는현상은중금속과 Cl 이결합한염화물또는황산염광물의고정등의영향으로해석된 다 (Lee et al., 2008). 가학광산오염토양과같은복합중금속오염토양에서는아연만을대상으로한세척조건을수립할수없다. 따라서전체토양 (total) 의중금속저감효과를고려해보면 0.5 M 의염산으로세척시가장낮은중금속농도를보이므로세척액의농도에따른중금속저감은 0.5 M 을기준으로설정하는것이타당하다. 습식사이클론활용연속공정실험결과현장실증시험을수행하기위해소규모파일럿플랜트에설치된습식사이클론으로오염토양의분급성능을확인했다. 파일럿플랜트는시료를투입하면연속적으로가동할수있는장비로서활용된공정은투입피더 - 볼밀 - 사이클론 - Fig. 2. Concentrations of heavy metal in the soil washed using acid with different HCl concentrations. 제 55 권제 6 호

522 김대엽 박제현 박주현 산세척의연속공정으로구성되어있다. Fig. 3 은사이클론 apex flow 출수구직경에따른 apex flow 와 vortex flow 배출입자의입도분포를나타낸것이다. Fig. 3 의 y 축에평행하는세로선은좌측에서부터각각 0.038, 0.075, 0.16 mm 를나타내는데 0.

6 522 김대엽 박제현 박주현 산세척의연속공정으로구성되어있다. Fig. 3 은사이클론 apex flow 출수구직경에따른 apex flow 와 vortex flow 배출입자의입도분포를나타낸것이다. Fig. 3 의 y 축에평행하는세로선은좌측에서부터각각 0.038, 0.075, 0.16 mm 를나타내는데 0.15 mm 이하입자의함량은 60% 이상이며 vortex flow 에서 0.15 mm 이하입자의함량은 90% 를초과하는것을알수있다. 이는파일럿사이클론에투입되기전볼밀의분쇄효과가영향을미친것으로판단된다. apex flow 출수구직경 3 mm 인경우사이클론 vortex flow 와 apex flow 로분리된시료의건조무게비는약 3:1 이었다. 출수구 Fig. 3. Cumulative grain size distribution curves caused by different size of apex in cyclone. Fig. 4. Effect of cyclone apex diameter and feeding pressure on washing of soil through apex of cyclone. 한국자원공학회지

7 가학광산중금속오염토양의세척최적조건연구 523 직경 7 mm 인경우 vortex flow : apex flow 의무게비는 1:4 였고, 9 mm 의출수구를이용한경우는그비가 1:8 까지증가했다. vortex flow 로토출되는미립자의양이많을수록세척공정에투입되는미립자의양이적어지므로세척효과의측면에서는유리하다. 그러나최종처분해야하는미립자의양이많아지므로적절한미립자의분리가필요하다. 파일럿사이클론의적정공정조건설정을위해 apex flow 출수구직경과시료투입압력을변화하여실험을수행했다. Fig. 4 는사이클론 apex flow 로배출된입자를 1 M 의염산으로 30 분간세척후토양내잔류중금속농도를나타낸것이다. 출수구직경을변화하여실험한경우투입압력은 0.75 kpa 로고정했고, 투입압력을변화한경우출수구직경은 7 mm 로고정하여실험을진행했다. 구리는산세척을수행하지않고사이클론을이용한미립자분리공정만으로중금속농도를기준치이내로저감시킬수있었다. 사이클론공정만을통해저감된구리농도는약 24~28% 정도인것으로나타났다. 납은 apex flow 된세척전시료에서기준치를초과하고있지만, 산세척후출수구직경에상관없이기준치이내가되었다. 산세척후납농도의저감률은 55~59% 정도이다. 아연의경우 7, 9 mm 출수구에서잔류중금속농도가기준치를초과하고있다. 산세척후기준치초과시료의아연농도는모두기준치보다낮았고, 저감률은 21~24% 정도로나타났다. 토양세척범위설정오염토양처리연속식공정은토양분산을위한볼밀파쇄공정, 오염도가높은미립자를분리하는사이클론공정, 중금속을침출시키는산세척공정으로이루어진다. 1 지역우려기준을초과하는중금속오염은주로 mm 이하의미립자토양에집중되는경향을보인다. 따라서사이클 론을이용한물리적선별을통해전체토양중중금속농도저감이어려운미립자, 세척대상이되는입자, 그리고원토양으로재사용가능한굵은입자를분리해야한다. 가학광산오염토양에서 1.18 mm 이상크기의모래및자갈의비율은약 38% 정도이며, 모래와자갈은원토양으로사용가능하다. 세척대상이되는토양은 1.18 mm 이하의입자들이며, 이들의양은약 62% 정도이다. 산세척을통해잔류중금속농도저감이어려운 mm 이하의입자는약 26% 이다. 하지만볼밀공정에서굵은입자가파쇄되며생성되는미립자들의영향때문에사이클론에실제투입되는토양에는 mm 이하의미립자가더많을것으로추측된다. 또한사이클론을통해많은미립자들을걸러낼경우폐기처분해야하는미립자의양이증가하므로적정한양의미립자를선별적으로분리해내는것이중요하다. 중금속농도저감이어렵다고판단한 mm 미만입자가 26% 에달하는데반해볼밀 - 사이클론 - 산세척의파일럿실험에서는 20% 미만으로최종처분될미립자를분리하여도나머지 apex flow 입자들을대상으로산세척을수행하여기준치이하로중금속농도를낮출수있었다 (Fig. 5). 그러나 15% 의미립자분리시아연농도는세척후기준치에매우근접하게나타난다. 따라서사이클론 apex flow 입자로산세척을통해토양정화효과를안정적으로얻기위해 20% 가량의미립자를분리해낼필요가있다. 본연구에서적용된파일럿실험장비는 apex flow 출수구직경 7 mm, 투입압력 0.75 kpa 일때 20% 의미립자를 vortex flow 로분리해낼수있었다. 습식사이클론을활용한토양분리는 apex flow 출수구직경조정, 유체투입압력조정외에도유량의조정, 사이클론형태조정등다양한방법이있을수있다. Fig. 5. Heavy metal concentration in residual coarse soil after the removal of fine soil by cyclone and the soil washing. 제 55 권제 6 호

8 524 김대엽 박제현 박주현 결 론 References 중금속오염토양정화의최적조건수립을위해가학광산오염토양에대한실험을수행했다. 선행연구를참고하여세척액은염산을사용했고, 세척액농도는 1 M, 세척시간은 30 분을기준으로설정했다. 토양의주된오염중금속은구리, 아연, 납이며, 납의경우대책기준 (1 지역 ) 을초과하는오염도를보였다. 토양중미립자에오염이집중되는경향을보였고, 1.18 mm 이상의굵은입자들은오염도가낮아원토양으로사용가능하였다. 1 M 염산으로세척시세척시간에상관없이 0.15 mm 이상크기의입자는세척후기준치를만족했다. 또한 0.075~0.15 mm 입자의토양은최소 30 분이상세척을해야기준치를비교적만족할수있었다. 그러나 mm 미만크기의입자는세척시간과세척액농도에상관없이기준치이하로중금속농도를낮추기어려웠다. 세척시간이증가함에따라토양내잔류중금속농도가증가하는현상이발생했는데, 이는침출된중금속이용액내에포함되어재침전이일어난결과로해석된다. 이러한가설을뒷받침하기위해세척액에대한추가적인중금속농도분석이필요하다. 전체토양의중금속저감효과와재침전효과를고려해볼때세척시간은 30 분에서 1 시간사이가적절하다. 세척액농도의변화에따른중금속저감효과는크지않다. 염산농도가높아질수록염화물의형성등의요인으로잔류중금속농도가증가하는현상도나타났다. 0.1 M 이상의염산은아연농도저감에효과적이지않지만, 복합적인오염원인 ( 구리, 납 ) 을고려할때최적세척액농도는전체토양의중금속농도가가장낮게나타나는 0.5 M 로설정함이타당하다. 습식사이클론을활용한파일럿장비실험결과 apex flow 의출수구직경은 3 mm, 투입압력은 0.25~0.5 kpa 정도로설정했을때세척공정후토양내잔류중금속농도가가장낮게나타났다. 하지만이경우오염도가높은미립자가 vortex flow 로많이빠져나갔기때문에세척효과가높게나타난것이므로최적세척조건으로보기어렵다. 미세토양분리정도에따른연속식파일럿공정후토양내잔류중금속농도를도시한결과유체투입압력 0.75 kpa, apex flow 출수구직경 7 mm 일때 20% 가량의미립자를분리해낼수있었고, 이경우세척공정후잔류중금속농도가기준치이내를만족했다. 보다많은입자를분리해낸경우잔류중금속농도가더낮아지지만큰차이를보이지않는다. 따라서가학광산오염토양은 0.5 M 의염산, 30 분에서 1 시간사이의세척시간을세척최적조건으로설정하고, 세척공정이전에물리적입자선별과정을통해미립자를 20% 정도제거해야안정적이고경제적인토양정화효과를얻을수있을것으로판단된다. Abumaizar, R.J. and Smith E.H., Heavy metal contaminants removal by soil washing. J. Hazardous Materials, B70, Adrees, M., Ali, S., Rizwan, M., Zia-ur-Rehman, M., Ibrahim, M., Abbas, F., Farid, M., Qayyum, M.F., and Irshad, M.K., Mechanisms of silicon-mediated alleviation of heavy metal toxicity in plants: A review. Ecotoxicology and Environmental Safety, 119, Akcil, A., Erust, C., Ozdemiroglu, S., Fonti, V., and Beolchini, F., A review of approaches and techniques used in aquatic contaminated sediments: metal removal and stabilization by chemical and biotechnological processes. J. Cleaner Production, 86, Baek, K., Kim, D.H., Seo, C.I., Yang, J.S., and Lee, J.Y., Remediation of Pb-contaminated soil washing using hydrochloric acid. J. Soil Ground W. Environ., 12(3), Dermont, G., Bergeron, M., Mercier, G., and Richer-Lafleche, M., Soil washing for metal removal: A review of physical/chemical technologies and field applications. J. Hazrdous Materials, 152, Jelusic, M. and Lestan, D., Effect of EDTA washing of metal polluted garden soils. Part I: Toxicity hazards and impact on soil properties. Science of the Total Environment, 475, Jez, E. and Lestan, D., EDTA retention and emissions from remediated soil. Chemosphere, 151, Kim, E.J., Jeon, E.K., and Baek, K., Role of reducing agent in extraction of arsenic and heavy metals from soils by use of EDTA. Chemosphere, 152, Klima, M.S. and Kim, B.H., Dense-medium separation of heavy-metal particles from soil using a wide-angle hydrocyclone. J. Environmental Science and Health, A33(7), KMOE (Korea Ministry of Environment), Development of Optimized Technology for Remediation of Soils Contaminated with Heavy Metals by Using Soil Washing Process, KMOE Technical Report of Pollution Remediation Technologies , Sejong, Korea, 211p. Koh, I.H., Kim, E.Y., Ji, W.H., Yoon, D.G., and Chang, Y.Y., The fate of as and heavy metals in the flooded paddy soil stabilized by limestone and steelmaking slag. J. Soil Ground W. Environ., 20(1), Kwon, J.C., Jeong, S.H., Jung, M.C., and Kim, T.S., Seasonal variation and correlation between soil and crop plant of arsenic and heavy metal concentrations in paddy fields around the Yeongdae Au-Ag Mine, Korea. J. of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers, 50(2), 한국자원공학회지

9 가학광산중금속오염토양의세척최적조건연구 525 Kwon, Y.S., Kwon, J.C., Jeong, S.H., Jung, M.C., Kim, K.J., In, H.J., An S.G., Lee, G.C., and Kim, Y.S., Study of the stabilization of as and heavy metal contaminated farmland soils nearby abandoned metal mines, Korea. J. the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers, 50(6), Lee, C.H., Lee, S.Y., Park, C.O., Kim, J.W., Lee, S.H., Park, M.J., Jung, M.Y., and Lee, Y.J Characterization of mineralogical and physicochemical properties of soils contaminated with metals at Ga-hak Mine. J. Soil Ground W. Environ., 20(4), Lee, S.H., Kim, E.Y., Seo, S.K., Kim, G.B., Kim, J.H., and Lee, J.K., Remediation of heavy metal contamination in OBOD site with soil washing : Selection of extractants. J. Soil Ground W. Environ., 13(2), Lim, T.T., Tay, J.H., and Wang, J.Y., Chelating-agentenhanced heavy metal extraction from a contaminated acidic soil. J. Environ. Eng., 130(1), MIRECO (Korea Mine Reclamation Corporation), An Empirical Study on Producing a Pilot Scale Equipment for Sorting Control Heavy Metal Polluted Soil, MIRECO Technical Report , Wonju, Korea, 125p. MIRECO (Korea Mine Reclamation Corporation), A Study on Eco-Friendly Reclamation Measures of Polluted Soil in Mining Area, MIRECO Technical Report , Wonju, Korea, 91p. Moutsatsou, A., Gregou, M., Matsas, D., and Protonotarios, V., Washing as a remediation technology applicable in soils heavily polluted by mining-metallurgical activities. Chemosphere, 63, Park, J.W., Legal Trend and Issues in the Field of Soil Environment. Environmental Laws and Policies, 4, Park, S.W., Lee, J.Y., Kwon, T.S., Kim, K.J., Chung, K.Y., and Baek, K., Feasibility study on the remediation of Zn-contaminated railroad soil using various washing agents. J. Soil Ground W. Environ., 14(1), Pinto, I.S.S., Neto, I.F.F, and Soares, H.M.V.M., Biodegradable chelating agents for industrial, domestic, and agricultural applications_a review. Environ. Sci. Pollut. Res., 21, Rizwan, M., Ali, S., Abbas, T., Zia-ur-Rehman, M., Hannan, F., Keller, C., Al-Wabel, M.I., and Ok, Y.S., Cadmium minimization in wheat: A critical review. Ecotoxicology and Environmental Safety, 130, Rybicka, E. and Jedrzejczyk, B., Preliminary studies on mobilisation of copper and lead from contaminated soils and readsorption on competing sorbents. Applied Clay Science, 10, Satyro, S., Race, M., Natale, F.D., Erto, A., Guida, M., and Marotta, R., Simultaneous removal of heavy metals from field-polluted soils and treatment of soil washing effluents through combined adsorption and artificial sunlightdriven photocatalytic processes. Chemical Engineering J., 283, Semer, R. and Reddy, K.R., Evaluation of soil washing process to remove mixed contaminants from a sandy loam. J. Hazardous Materials, 45, Suanon, F., Sun, Q., Dimon, B., Mama, D., and Yu, C., Heavy metal removal from sludge with organic chelators: Comparative study of N, N-bis (carboxymethyl) glutamic acid and citric acid. J. Environmental Management, 166, Sun, B., Zhao, F.J., Lombi, E., and Mc Grath, S.P., Leaching of heavy metals from contaminated soils using EDTA. Environmental Pollution, 113, Tokugawa, S. and Hakuta, T., Acid washing and stabilization of an artificial arsenic-contaminated soil. Chemosphere, 46, Zheng, N., Wang, Q., and Zheng, D., Health risk of Hg, Pb, Cd, Zn and Cu to the inhabitants around Huludao Zinc Plant in China via consumption of vegetables. Science of the Total Environment, 383, 제 55 권제 6 호

10 526 김대엽 박제현 박주현 김대엽 2013 년경북대학교지질학과학사 2016 년서울대학교지구환경과학부석사 박제현 현재한국광해관리공단지반안정기술팀팀장 ( 本學會誌第 55 券第 4 号參照 ) 현재한국광해관리공단기술연구센터주임 ( ; daeyoub@mireco.or.kr) 박주현 현재한국광해관리공단기술연구센터과장 ( 本學會誌第 54 券第 6 号參照 ) 한국자원공학회지

<C5E4BEE7BFC0BFB0BAB9BFF8B1E2BCFA2DC5E4BEE7BCBCC3B4B9FD F696C E67292E687770>

<C5E4BEE7BFC0BFB0BAB9BFF8B1E2BCFA2DC5E4BEE7BCBCC3B4B9FD F696C E67292E687770> 토양세척법 (Soil Washing) 토양세척기법은적절한세척제를사용하여토양입자에결합되어있는유해한유기오염물질의표면장력을약화시키거나중금속을액상으로변화시켜토양입자로부터유해한유기오염물질및중금속을분리시켜처리하는기법이다. 토양세척기법에이용되는세척제는오염물질을토양으로부터분리 용해시키는역할을하는물질로, 계면의자유에너지를낮추고계면의성질을현격히변화시켜물에대해용해성이적은물질을열역학적으로안정한상태로용해시킬수있는중요한화학물질이다.