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칠 최
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1 CLEAN TECHNOLOGY, Vol. 18, No. 4, December 2012, pp. 390~397 청정환경기술 토양세척공정을이용한군사격장납오염토양의제거특성 안성균, 김철, 이정만, 이강춘, 손장호, 정병길, 윤태경 * 동의대학교환경공학과 부산광역시부산진구엄광로 176 ( 주 ) 금송이엔지 부산광역시수영구남천 2동 6-4 동의과학대학교환경분석센터 부산광역시부산진구양지로 54 동의대학교화학공학과 부산광역시부산진구엄광로 176 (2012 년 8 월 6 일접수 ; 2012 년 10 월 9 일수정본접수 ; 2012 년 10 월 10 일채택 ) Removal Characteristics of Lead-contaminated Soil at Military Shooting Range by Using Soil Washing Process Sung-Kyun Ahn, Chul Kim, Joung-Man Lee, Gang-Choon Lee Zang-Ho Shon, Byung-Gil Jung, and Tae-Kyung Yoon* Department of Environmental Engineering, Dong-eui University 176 Eomguang-ro, Busanjin-gu, Busan , Korea Kumsong Engineering Co., Ltd, 6-4 Namcheon 2-dong, Suyeong-gu, Busan , Korea Environmental Analysis Center, Dong-eui Institute of Technology 54 Yangji-ro, Busanjin-gu, Busan , Korea Department of Chemical Engineering, Dong-eui University 176 Eomguang-ro, Busanjin-gu, Busan , Korea (Received for review August 6, 2012; Revision received October 9, 2012; Accepted October 10, 2012) 요 토양세척공정을이용한창원시군사격장내납 (Pb) 오염토양의물리 화학적특성을분석하였으며, 토양세척인자 ( 세척제 (HCl) 농도 (0.001, 0.01, 0.1, 0.2 N), 진탕비 (1 : 2, 1 : 3, 1 : 4, 1 : 5), 오염토양입경 4~0.075 mm, 세척시간 (5, 10, 15, 20, 30, 60, 120분 ) 등 ) 에따른오염토양중납의제거특성을평가하였다. 세척제농도에따른제거효율은세척제의농도가증가할수록높게나타났다. 이중세척시간 15분에서납 (Pb) 제거효율은 56.3% 로 0.1 N 염산 (HCl) 이실제토양세척공정에적용가능한최적의농도로나타났으며, 토양과세척제의진탕비가 1:2에서 1:5로증가할수록제거효율은높아지는경향을보였지만, 진탕비가높아질수록토양세척설비의규모증대로인한경제적측면을고려해볼때최적의진탕비는 1:3으로생각된다. 세척시간 20분까지납제거효율은 75.3% 까지증가하다가이후유사한경향을보여최적의세척시간은 20분으로판단된다. 토양입경 mm 이상의입경에서납제거효율은 77.0~82.0% 의범위를나타내었으나, 입경 mm 이하의경우 52.8% 로감소하였다. 오염토양의입경별제거효율은 mm 이상의입경에서는높은제거효율을나타낸반면에 mm 이하의입경에서는제거효율이현저히감소되어컷오프 (cut-off) 크기는 mm가적절할것으로기대된다. 토양세척공정에초음파발생장치를적용한제거효율평가결과, 입경 mm 이상에서물세척및염산의단독세척보다염산과초음파의동시세척방법이가장높은납추출율을나타내었다. 주제어 : 납오염토양, 군사격장, 토양세척, 염산용액, 초음파세척 Abstract : Removal characteristics of lead-contaminated soil at the military shooting range located in the Changwon city were studied experimentally using soil washing process. As a washing solution, hydrogen chloride (HCl) concentrations of 0.001, 0.01, 0.1 and 0.2 N were used, and soil : solution ratios were 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4, and 1 : 5. Particle diameter of contaminated soil of mm, and washing period of 5, 10, 15, 20, 30, 60, and 120 min were used as operating parameters. The optimum concentration 약 * To whom correspondence should be addressed. tkyoon@deu.ac.kr doi: /ksct

2 토양세척공정을이용한군사격장납오염토양의제거특성 391 of HCl solution was 0.1 N (56.3% of Pb removal efficiency) with 15 minutes operation period in views of economics, and the optimum soil : solution ratio was determined as 1 g : 3 ml for 69.7% of Pb removal efficiency with 0.1 N HCl and 15 minutes washing period. As washing period increased, removal efficiency was increased until 20 min of the removal efficiency of 75.3%, and then almost stable. Pb removal efficiency in soil particle diameters of mm or more was ranged from 77.0% to 82.0%, but it was decreased to 52.8% in diameter of less than mm. Therefore, the optimum cut-off size of the soil particle diameter was found less than mm. Combined HCl solution and ultrasonic washing method showed better removal efficiency compared to only water or HCl washing method for particle sizes above mm. Keywords : Pb contaminated soil, Military shooting range, Soil washing, HCl solution, Ultrasonic washing 1. 서론 최근주한미군기지이전이본격화되면서군사격장내트리니트로톨루엔 (2,4,6-trinitrotoluene, TNT), 헥사하이드로트리니트로트리아진 (hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine, RDX) 및옥타하이드로테트라니트로테트라조신 (octahydro-1,3,5,7-tetranitrotetrazocine, HMX) 과같은고성능화약물질과납 (Pb), 구리 (Cu) 및카드뮴 (Cd) 등의중금속에의한토양오염이보고되고있다 [1,2]. 특히불발탄및탄피등에의한납오염이심각한것으로나타나고있어이에대한대책마련이시급한실정이다. 군부대사격장에서사용하는총알에는일반적으로합금이사용되고겉에는납, 구리, 안티몬, 비스무스, 수은등이존재한다 [3]. 매년상당한양의총알이군용사격연습용으로사용되어토양으로방출되고있어이들의풍화작용으로인한총알의부식으로방출된납, 구리, 안티몬, 니켈, 아연등에의한토양오염이심각하다 [4-6]. 특히 Sorvari et al.[7] 의연구에서핀란드의사격장피탄지토양의납오염정도는 10,000 mg/kg으로매우높은것으로보고하였다. 국내에서도최근사용종료군사격장중한부지의토양중금속오염도를정밀조사한결과 166개지점중구리는 20개지점 ( 최고농도 1,555 ppm) 이, 납은 82개지점 ( 최고농도 21,709 ppm) 이우려기준 ( 나지역 ( 지적법제5조제1항의규정에의한공장용지 도로 철도용지및잡종지 ) 기준 - 구리 200 ppm, 납 400 ppm) 보다수십배초과검출되어군부대내중금속토양오염문제가매우심각함을보여주었다. 또한미군의폭격장이었던매향리의토양오염도조사에서도납검출량이 4,786 ppm으로전국평균보다무려 923배나높았다는발표가있다 [8]. 토양에서납의이동은흡착, 이온교환, 침전, 유기물과의착화반응등에의해영향받게된다. 납이온은토양표면에결합되어있는다른금속과치환하여흡착되며, 용해도이상의납이온은토양과토양용액의성분에따라침전물로존재한다. 이는유기물함량이높고 ph가 6~8의조건에서납은비용해성유기납착화합물을형성하고, 유기물함량이낮은토양의경우같은 ph 조건하에서수산화납, 탄산납, 인산납등의침전물을형성하기때문이다 [9]. 토양에유입된중금속은자연적으로분해되지않고오랫동안잔류하게되며, 식물이나지하수로이동하여생태계먹이사슬을통해인간에게독성으로작용할수있기때문이다. 이는적절한처리방법을적용하여오염부지를복원할필요가있다. 중금속오염토양에적용가능한정화기술로는화학적처리 (chemical treatment), 용매추출 (solvent extraction), 토양세척및 세정 (soil washing / flushing), 동전기법 (electrokinetic method), 식물정화법 (phytoremediation) 등이있다 [10]. 이들대부분은 ph 변화와산성강우등의환경조건이변함에따라오염물질이용출될가능성이있기때문에토양오염을저감할수있는가장확실한방법은토양으로부터직접적으로오염물질을분리 제거하는것이다. 이러한관점에서처리대상오염물질에따라물, 계면활성제, 유기산, 무기산, 염기, 착화제등의적절한세척제를선별하여토양입자와결합되어있는유해오염물질을액상으로변화시켜토양입자로부터분리하는토양세척기법은중금속오염토양정화를위한적절한기술로인정받고있다. 특히토양세척기술은비교적짧은시간내에복원이가능하고경제성이우수하다는장점이있어현장에서널리사용되고있다 [11-14]. 따라서, 본연구에서는토양세척공정을이용한군사격장내납오염토양의물리 화학적특성을분석하고, 나아가토양세척인자 ( 세척제농도, 진탕비, 세척시간등 ) 에따른오염토양중납의제거특성을평가하고자하였다. 2. 실험재료및방법 2.1. 실험재료본연구에사용한중금속오염토양은 C시 J구에위치한군사격장부지에서채취하였다. 이지역의납오염도는지하 2 m 이내에서높은수준이므로토양수집은지표면아래약 20~ 50 cm 깊이의표토에서채취하였다. 채취된토양은토양오염공정시험기준 [15] 에준하여각각분석하였다. 풍건후기본적인물리 화학적특성을측정하여 Table 1에나타내었고, 표준체를사용하여입경크기별 (4~0.075 mm 범위 ) 로분류한후각입경에서의농도수준을 Table 2에나타내었다. 오염토양의초기 ph는 5.6 약산성으로, 유기물함량은일반토양의유 Table 1. Characteristics of the lead-contaminated soil Properties Units Values Soil ph Moisture content % 14.2 Organic content % 5.6 Conductivity ds/m 26.1 Pb mg/kg 3,081.1 Cu mg/kg 460.7

$392 청정기술, 제 18 권제 4 호, 2012 년 12 월 Table 2. Particle diameter distribution of the lead-contaminated soil Mesh (#) Size (mm) Mass (g) Mass fraction (%) Pass fraction (%) 5 Above 4 68.94 13.79 86.$ 40 200 0.075-0.106 11.49 2.30 4.10 >200 Below 0.075 19.73 3.95 0.16 기물함량범위 (0.5~5%) 보다다소높은 5.6%, 또한납의농도는 3,081.1 mg/kg으로높게검출되었다.

40 200 0.075-0.106 11.49 2.30 4.10 >200 Below 0.075 19.73 3.95 0.16 기물함량범위 (0.5~5%) 보다다소높은 5.6%, 또한납의농도는 3,081.1 mg/kg으로높게검출되었다.

3 392 청정기술, 제 18 권제 4 호, 2012 년 12 월 Table 2. Particle diameter distribution of the lead-contaminated soil Mesh (#) Size (mm) Mass (g) Mass fraction (%) Pass fraction (%) 5 Above >200 Below 기물함량범위 (0.5~5%) 보다다소높은 5.6%, 또한납의농도는 3,081.1 mg/kg으로높게검출되었다. 일반적으로토양의유기물함량이높을수록중금속이온의흡착능이증대되는데 [16], 이는유기물자체의양이온교환능력이토양무기성분들의양이온교환능력보다커서많은양의중금속이온을흡착하기때문이다. Lin et al.[17] 과 Cao et al.[18] 은군사격장오염토양의납농도가종종 1,000 mg/kg 을초과한다고보고하였다. 또한, 연속추출법을적용한결과비교적제거가용이하다고알려진 1~2단계에해당하는분율 (fraction) 이전체의 70.0% 이상으로높았으며, 토양과강하게결합되어있는 3~4단계에해당하는분율은모든항목에서전체농도의 35.6% 정도를차지하는것으로나타났다. 연속추출법을적용한결과비교적제거가용이하다고알려진 1~2단계에해당하는분율이전체의 70% 이상으로높았으며, 토양과강하게결합되어있는 3~4단계에해당하는분율은모든항목에서전체농도의 35.6% 정도를차지하는것으로나타났다. 미국농무성 (united states department of agriculture, USDA) 의분류방법 [19] 에따라군사격장오염토양의토성 (soil texture) 을삼각도표에도시하여 Figure 1에나타내었다. 군사격 장오염토양에대한입경분포를체거름으로실시하여모래 (sand), 미사 (silt), 점토 (clay) 의상대적백분율을산출한결과모래 32.5%, 미사 57.0%, 점토 10.5% 로각각나타나, 오염토양이토성삼각도 (soil texture triangle) 상의미사질양토 (silt loam, SiL) 에속하는것으로나타났다 실험장치및방법 세척제의농도선정실험중금속오염토양세척시효율적이면서경제적인세척제농도의산정을위해세척제농도별회분식실험을진행하였으며, 이를 Figure 2에나타내었다. 또한, 세부적인실험조건을 Table 3에정리하여제시하였다. 입경 2 mm 이하인토양 20 g에진탕비 1:5로교반기를사용하여 20, 200 rpm에서세척제농도를 0.001~0.2 N으로달리하면서 15분간실험을수행하였다. 교반이끝난후여과지로여과한후상등액을유도결합플라즈마발광분광계 (inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, Varian, model 730-ES, ICP-OES) 로납농도를분석하였다. Astrup et al.[20] 과 Rooney et al.[21] 은군사격장에서총알파편으로인한토양중납오염을발견하였으며, 이오염토양중 2 mm 미만의입경을가진토양이전체납농도의절반에달하는것으로보고하였다. 또한 Kim and Choi[22] 는교반강도에따른시간별사격장납오염토양의세척효율을분석한결과, 염산과에틸렌디아민사아세트산 (ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA) 를사용한경우교반강도의증가와비례하여토양내제거효율이증가하였으나 200 rpm 과 300 rpm에서의제거효율은유사한것으로보고하였다. 본연구에서는토양세척공정에서중금속추출에가장많이사용되고있는세척제인염산을사용하여실험을실시하였다 [23-26]. Figure 2. Schematic diagram of the batch soil washing reactor. Table 3. Operating conditions for selection of washing solvent Figure 1. Point of the soil texture classification. Particle diameter of soil mm Below 2 Kind of washing solvent - Distilled water, HCl Washing solution concentration N 0.001, 0.01, 0.1, 0.2 Soil : solution ratio g : ml 1 : 5 Soil washing period min 15

4 토양세척공정을이용한군사격장납오염토양의제거특성 393 Table 4. Operating conditions for the selection of soil : solution ratio Particle diameter of soil mm Below 2 Kind of washing solvent - HCl Washing solution concentration N 0.1 Soil : solution ratio g : ml 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4, 1 : 5 Soil washing period min 15 Table 6. Operating conditions for the cut-off size selection Particle diameters of soil mm Above 4, 4-2, , below Kind of washing solvent - HCl Washing solution concentration N 0.1 Soil : solution ratio g : ml 1 : 3 Soil washing period min 세척진탕비 (soil: water ratio) 의선정실험본실험은토양세척공정의적용시효율적이며경제적인진탕비를선정하기위하여실시하였다. 진탕비가과도하게클경우에는처리효율과경제성그리고장비의운전에많은영향을주게된다. 토양과세척수의비율인진탕비에따른중금속제거효율을알아보고중금속오염토양세척시효율적이면서경제적인세척수공급비산정을위해토양과세척수의비를달리하면서실험실규모의회분식실험을진행하였다. 실험에서사용한토양의입자크기와세척수의종류및진탕비 (soil : solution) 를 Table 4에정리하였다. 토양은 Table 4에제시한것처럼 2 mm 이하인토양 20 g에진탕비 (1 : 2~1 : 5) 를달리하여교반기로 20, 200 rpm에서 15분동안교반하였다. 교반이끝난후 5B 여과지로여과한후 ICP-OES로상등액의납농도를분석하였다. 2~0.075 mm, mm 이하인것을사용하여실험을진행하였으며, 토양 20 g에진탕비를 1:3으로하였으며, 교반기를사용하여 20, 200 rpm에서 15분동안교반하였다. 교반이끝난후 5B 여과지로여과한후 ICP-OES로상등액납의농도를분석하였다 토양세척과초음파를결합한중금속오염토양추출실험초음파추출장치는세척교반장치, 초음파발생부로구성하여실험하였으며, 실험장치를 Figure 3에나타내었다. 대상시료는토양 50 g, 세척수종류로는물과 0.1 N 염산을사용하였으며, 용량은 150 ml로하였다. 실험조건으로는물로세척한시료, 0.1 N 염산으로교반한시료, 0.1 N 염산에초음파추출장치를적용하여교반하고, 세척수를걸러낸후에 ICP-OES 세척시간의선정실험토양의세척시간에따른납 (Pb) 의제거효율을알아보고중금속오염토양세척시효율적이면서경제적인세척시간의산정을위해세척시간을달리하면서실험실규모의회분식실험을진행하였으며, 실험조건을 Table 5에나타내었다. 실험은입경 2 mm 이하인토양 20 g에진탕비 (soil : solution) 를 1:5로하였으며, 교반기를사용하여 20, 200 rpm에서세척시간을 5~120분으로달리하면서교반을실시하였다. 교반이끝난후 5B 여과지로여과한후 ICP-OES로상등액납의농도를분석하였다 세척효율에대한컷오프크기선정실험 중금속오염토양세척을통해경제적인세척이가능한최 소입경을분석하기위해회분식실험을진행하였으며, 실험 조건을 Table 6에제시하였다. 토양은 4 mm 이상, 4~2 mm, Table 5. Operating conditions for the selection of soil washing period Particle diameter of soil mm Below 2 Kind of washing solvent - HCl Washing solution concentration N 0.1 Soil washing period min 5, 10, 15, 20, 30, 60, 120 Soil : solution ratio g : ml 1 : 5 Figure 3. Schematic diagram of the batch ultrasonic washing reactor. Table 7. Experimental conditions of the ultrasonic washing process Particle diameters of soil mm , , below Kind of washing solvent - HCl Washing solution concentration N 0.1 Soil : solution ratio g : ml 1 : 3 (50 : 150) Soil washing period min 30 Ultrasonic frequency khz 20 Sonication period min 30

5 394 청정기술, 제 18 권제 4 호, 2012 년 12 월 Figure 4. Effect of HCl concentration on Pb removal efficiency and ph to soil washing. Figure 5. Effect of soil : water ratio on Pb removal efficiency and ph to soil washing. 로분석하였다. 실험에적용된운전조건을 Table 7에나타내었다. 초음파발생장치의가동시간은 30분으로하여실험하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 세척제의농도선정결과 세척제 (HCl) 의농도 (0.01~0.2 N) 에따른군사격장오염토양의세척시납제거효율및 ph 변화를 Figure 4에나타내었다. 세척제농도 (0.001, 0.01, 0.1, 0.2 N) 변화에따른납제거효율은각각 24.8, 29.7, 56.3, 56.6% 로나타나, 세척제의농도가증가할수록제거효율이증가하는경향을보였으며, 실제현장에서토양세척공정적용시회분식실험에서사용된 0.2 N 이상의세척수농도는경제성측면에서타당성이없다고보여지기때문에실제로적용이가능한최적의농도는 0.1 N로판단된다. 납은양이온의중금속이기때문에 ph가낮은조건에서수소이온과쉽게이온교환이일어나토양표면으로부터탈착될수있다. 그리고, 염산의농도가증가할수록납제거효율은높게나타났다 세척진탕비의선정결과진탕비 (1:2~1:5) 에따른군사격장오염토양의세척시납제거효율및 ph 변화를 Figure 5에나타내었다. 토양과세척제의진탕비 (1:2, 1:3, 1:4, 1:5) 에따른납제거효율은각각 53.9, 69.7, 68.8, 73.6% 로나타나, 진탕비가 1:2에서 1:5 로증가할수록제거효율은높아지는경향을보였지만, 진탕비가높아질수록토양세척설비의규모증대로인한경제적측면을고려해볼때최적의진탕비는 1:3으로판단된다. Choi et al.[27] 은대규모연속토양세척공정을이용한비소오염토양정화효율을평가한결과경제성및효율성제고를위하여적용된운전조건중세척제농도 0.2 N 염산, 1.0 N 염산, 1.0 N 수산화나트륨, 컷오프크기 mm, 진탕비 1:3이가장적합한것으로보고하였으며, 이세척비는본연구의결과와일치하였다. Figure 6. Variation of Pb removal efficiency as a function of soil washing time 최적세척시간의선정결과 토양세척시간에따른납제거효율실험결과를 Figure 6에나타내었다. 세척시간 (5, 10, 15, 20, 30, 60, 120분 ) 에따른납제거효율은각각 49.0, 55.6, 60.2, 75.3, 70.6, 70.5, 71.8% 로나타나, 세척시간 20분까지제거효율은증가하다가이후유사한경향을보였다. 실제현장에서토양세척공정적용시회분식실험에서사용된 30분이상의세척시간은경제성측면에서타당성이없다고보여지기때문에실제로적용가능한최적세척시간은 20분이라고판단된다. Kim and Choi[22] 는교반강도에따른시간별사격장납오염토양의세척효율을분석한결과, 염산과 EDTA를사용한경우반응초기 10분이내에대부분의용출이이루어지고 60분경과후에는제거효율증가가둔화되었다고보고하였다. 또한 Baek et al.[28] 은염산을사용한납오염토양의토양세척에의한정화시입경별토양세척효율은온도와교반시간에영향을받았으며, 20분이상교반할경우 mm 이하, 0.075~ 2.0 mm, 2.0~4.0 mm 의입경을가진토양에서모두 99.0% 의제거효율을나타내었음을보고하였다.

6 토양세척공정을이용한군사격장납오염토양의제거특성 395 Figure 7. Effect of soil particle diameter on Pb removal efficiency to solid washing. Figure 8. Variations of Pb concentration extracted by only water or HCl solvent and combined HCl and electrokinetic washing methods with soil particle diameters 오염토양의컷오프크기선정결과토양의입도분포는오염물질인중금속농도에영향을미치며, 토양세척 (soil washing) 이나토양수세 (soil flushing) 의처리효율및적용가능성을판단하거나정화에필요한처리량을감소시킬수있다는점에서아주중요한물리적인자이다. 토양세척기술은비교적입자가큰토양에적합한기술이고, 0.25~ 2 mm 크기의입자에비교적효과적인것으로알려져있다 [29]. 오염토양중입경크기에따른납제거효율실험결과를 Figure 7에나타내었다. 입경크기가작아질수록납제거효율은증가하다가감소하는경향을나타내었으며, mm 이하의크기에서는제거효율이약 50.0% 정도로낮게나타났다. 토양입경별 (4 mm 이상, 2~4 mm, 0.075~2 mm, mm 이하 ) 납제거효율은각각 77.0, 78.7, 82.0, 52.8% 로나타나, mm 이상의입경에서는높은제거효율을보인반면에 mm 이하의입경에서는제거효율이현저히감소되어컷오프크기는 mm가적절한것으로기대된다. Park et al.[2] 은일반적으로입자가작은토양의경우표면적이커서오염물질이많이축적되지만, 사격장에서오염물질의배출이파편형태의포탄탄피와불완전폭발을일으킨물질이입자상으로배출되기때문에입자크기별중금속의농도분포가일정하다고하였다. 즉큰입자는피탄지점인근에낙하하지만, 미립자는먼지의형태로배출되므로바람에의해원거리로이동가능하여피탄지인근토양내소구경입자에서의오염도가높지않다고보고하였다. 국제토양학회에서는 0.02 mm 이하부터, 미국농무부에서는 0.05 mm 이하부터미사로분류하기때문에 mm의체로걸러진토양이라고해도모두미사라고하기에는어려움이있다. 실험에사용된토양의경우미사와점토의함량이 67.0% 이상이므로입자크기가더작아진다면납제거효율은더감소할것으로생각된다 토양세척과초음파추출장치의적용실험결과토양세척공정에초음파장치를이용하여납오염토양의처리가능성을평가하기위해물세척과 0.1 N 염산, 그리고 0.1 N 염산과초음파추출장치를적용하여실험하였으며, 각입 경별처리결과를 Figure 8에나타내었다. 실험결과물세척보다는염산을이용하여세척한경우납제거효율이높게나타났으며, 입경 0.075~1 mm을가진오염토양을염산용매로세척한경우염산과동전기를적용하여세척한실험결과와유사한경향을보였으나입경 mm 이하에서는모든조건에서제거효율이크게낮아지는경향은보이지않았다. 하지만초음파를적용한경우입경 mm 이하의입경에서도물세척보다납제거효율은높은것으로나타났다. 따라서토양세척공정에초음파발생장치를적용하여납제거효율을평가한결과입경 mm 이하에서물세척및염산의단독세척보다염산과초음파의동시세척방법에서납추출율이가장높게나타났다. Hwang[30] 은초음파의출력변화에따라중금속추출율의증가 감소가반복하여나타났으며, 모든중금속이 30 W 조건에서추출율이가장높게나타났음을보고하였다. 4. 결론본연구에서토양세척공정을이용한군사격장내납오염토양의물리 화학적특성을분석하고, 토양세척인자 ( 세척제농도, 진탕비, 세척시간등 ) 에따른오염토양중납의제거특성을평가한결과다음과같은결론을얻었다. 1) 군사격장오염토양에대한입경분포를체거름으로실시하여모래, 미사, 점토의상대적백분율을산출한결과모래 32.5%, 미사 57.0%, 점토 10.5% 로각각나타나, 토성삼각도상의미사질양토에속하는것으로나타났다. 2) 세척제농도 (0.001, 0.01, 0.1, 0.2 N) 에따른군사격장토양중납제거효율은각각 24.8, 29.7, 56.3, 56.6% 로나타나, 세척제의농도가증가할수록제거효율이높게나타났다. 이중가장높은제거효율의차이를보인 0.1 N이실제토양세척공정에적용가능한최적의농도로여겨진다. 3) 토양과세척제의진탕비 (1 : 2, 1 : 3, 1 : 4, 1 : 5) 에따른군사격장토양중납제거효율은각각 53.9, 69.7, 68.8, 73.6% 로나타나, 진탕비가 1:2에서 1:5로증가할수록제거효율은

7 396 청정기술, 제 18 권제 4 호, 2012 년 12 월 높아지는경향을보였지만, 진탕비가높아질수록토양세척설비의규모증대로인한경제적측면을고려해볼때최적의진탕비는 1:3으로생각된다. 4) 세척시간 (5, 10, 15, 20, 30, 60, 120분 ) 에따른군사격장토양중납제거효율은각각 49.0, 55.6, 60.2, 75.3, 70.6, 70.5, 71.8% 로나타나, 세척시간 20분까지제거효율은증가하다가이후유사한경향을보였다. 따라서, 최적의세척시간은 20분으로판단된다. 5) 군사격장오염토양의입경별 (4 mm 이상, 2~4 mm, 0.075~ 2 mm, mm 이하 ) 납제거효율은각각 77.0, 78.7, 82.0, 52.8% 로나타나, mm 이상의입경에서는높은제거효율을보인반면에 mm 이하의입경에서는제거효율이현저히감소되어컷오프크기는 mm가적절할것으로기대된다. 6) 토양세척공정에초음파발생장치를적용한군사격장토양중납제거효율을평가한결과입경 mm 이상에서물세척및염산의단독세척보다염산과초음파의동시세척방법에서가장높은납추출율을나타내었다. 감사이논문은 2012 학년도동의대학교교내연구비에의해연구되었음 ( 과제번호 2012AA185). 참고문헌 1. Moon, D.-H., Cheong, K.-H., Kim, T.-S., Kim, J.-H., Choi, S.-B., and Ok, Y.-S., Stabilization of Pb Contaminated Army Firing Range Soil Using Calcined Waste Oyster Shells, J. Korean Soc. Environ. Eng., 32(2), (2010). 2. Park, S.-H., Bae, B.-H., Kim, M.-K., and Chang, Y.-Y., Distribution and Behavior of Mixed Contaminants, Explosives and Heavy Metals, at a Small Scale Military Shooting Range, J. Korean Soc. Water Qual., 24(5), (2008). 3. Johnson, C. A., Moench, H., Wersin, P., Kugler, P., and Wenger, C., Solubility of Antimony and Other Elements in Samples Taken from Shooting Ranges, J. Environ. Qual., 34(1), (2005). 4. Hardison, D. W., Ma, L. Q., Luongo, T., and Harris, W. G., Lead Contamination in Shooting Range Soils from Abrasion of Lead Bullets and Subsequent Weathering, Sci. Total Environ., 328, (2004). 5. Ackermann, S., Giere, R., Newville, M., and Majzlan, J., Antimony Sinks in the Weathering Crust of Bullets from Swiss Shooting Ranges, Sci. Total Environ., 407(5), (2009). 6. Fayiga, A. O., Saha, U., Cao, X., and Ma, L. Q., Chemical and Physical Characterization of Lead in Three Shooting Range Soils in Florida, Chem. Speciation and Bioavailability, 23(3), (2011). 7. Sorvari, J., Antikainen, R., and Pyy, Q., Environmental Contamination at Finnish Shooting Ranges-the Scope of the Problem and Management Options, Sci. Total Environ., 366, (2006). 8. Oh, B.-T., Remediation of Explosives and Heavy Metals Contaminated Soil, J. Environ. Hi-Technol., 7, 1-11 (2010). 9. Korea Environment Institute, Environmental Impact Assessment Schemes Considering Fate and Transport of Soil Contaminants, Report No. 20, December, Mulligana, C. N., Yong, R. N., and Gibbs, B. F., An Evaluation of Technologies for the Heavy Metal Remediation of Dredged Sediments, J. Hazard. Mater., 85(1-2), (2001). 11. U.S. EPA, A Citizen Guide to Soil Washing, Report No. 542-F , 1-4, Abumaizar, R., and Khan, L. I., Laboratory Investigation of Heavy Metal Removal by Soil Washing, J. Air & Waste Manage. Assoc., 46(8), (1996). 13. Korea Environment Corporation, Remedation Technique of the Pollution Soil, , December, Park, S.-H., A Study on the Remediation Strategy for the Contaminated Soil in the Military Shooting Range, Master's Dissertation, Kwangwoon University, Seoul, Ministry of Environment (Korea), Korean Standard Test Method for Soils, Notice No , October, Tapan, A., and Singh, M. V., Sorption of Characteristics of Lead and Cadmium in Some Soils in India, Geoderma, 114, (2003). 17. Lin, Z., Comet, B., Qvarfort, U., and Herbert, R., The Chemical and Mineralogical Behaviour of Pb in Shooting Range Soils from Central Sweden, Environ. Pollut., 89(3), (1995). 18. Cao, X., Ma, L. Q., Chen, M., Hardison, D. W., and Harris, W. G., Lead Transformation and Distribution in the Soils of Shooting Ranges in Florida, USA. Sci. Total Environ., 307 (1-3), (2003). 19. Eweis, J. B., Ergas, S. J., Chang, D. P. Y., and Schroeder, E. D., Bioremediation Principles, McGraw-Hill Co., Malaysia, 1998, pp Astrup, T., Boddum, J. K., and Christensen, T. H., Lead Distribution and Mobility in a Soil Embankment Used as a Bullet Stop at a Shooting Range, J. Soil Contam., 8, (1999). 21. Rooney, C. P., Mclaren, R. G., and Cresswell, R. J., Distribution and Phytoavailability of Lead in a Soil Contaminated with Lead Shot, Water, Air, & Soil Pollut., 116, (1999). 22. Kim, H.-S., and Choi, S.-I., Effects of HCl and EDTA on Soil Washing to Remediate Lead-contaminated Soil in a Firing Range, J. Soil and Groundwater Environ., 13(1), (2008). 23. Paek, C.-S., Hyun, J.-H., Cho, M.-Y., and Kim, S.-J., Remediation of Heavy Metal Contaminated Soil by Washing Process, J. Soil and Groundwater Environ., 5(1), (2000). 24. Hwang, S.-S., Park, S.-S., and Nam, K.-W., Extraction Kinetics of Heavy Metals from Contaminated Soil by Soil Washing, J. Korean Soc. Environ. Eng., 26(11), (2004).

8 토양세척공정을이용한군사격장납오염토양의제거특성 Hwang, S.-S., Lee, N.-S., and Nam, K.-W., The Extraction Characteristics of Metal-contaminated Soil by Soil Washing, J. Korean Soc. Environ. Eng., 27(10), (2005). 26. Ko, I.-W., Lee, C.-H., Lee, K.-P., and Kim, K.-W., Remediation of Soils Contaminated with Arsenic and heavy Metals by Soil Washing, J. Soil and Groundwater Environ., 9(4), (2004). 27. Choi, S.-I., Kim, K.-H., and Han, S.-K., Performance Evaluation of the Field Scale Sequential Washing Process for the Remediation of Arsenic-Contaminated Soils, J. Soil and Groundwater Environ., 10(6), (2005). 28. Baek, K.-T., Kim, D.-H., Seo, C.-I., Yang, J.-S., and Lee, J.-Y., Remediation of Pb-Contaminated Soil by Soil Washing using Hydrochloric Acid, J. Soil and Groundwater Environ., 12(3), (2007). 29. Kim, J.-D., Extraction Characteristics of Heavy Metals for Soil Washing of Mine Tailings-contaminated Soil according to Particle Size Distribution, J. Korean Ind. Eng. Chem., 19 (1), (2008). 30. Hwang, S.-S., Removal of Heavy Metals from Contaminated Soil by Soil Washing and Sonication, Ph.D. Dissertation, Konkuk University, Seoul, 2008.

개최요강

개최요강 55 2009. 5. ( ) ( ) < > 1. 1 2. 2. 2. 3 1) 3 2) 3 3) GC-MS 4. 5 1) 5 2) 5 3) ICP-OES 6 3. 7. 7 1) 7 2) 10. 13 1) 1g 13 2),,, 14 3), 15 4),, 15 4. 17 19 < > [ 1] 2 [ 2] ICP-OES 6 [ 3] 13 [ 4] 1g 13 [ 5]