일월탄광에서 유출되는 산성광산배수 자연정화시설의 정화 효율 평가 및 침전물의 특성연구
Evaluation of Purification Efficiency of Passive Treatment Systems for Acid Mine Drainage and Characterization of Precipitates in Ilwal Coal Mine
류 충 석(Chung Seok Ryu)1⋅김 영 훈(Yeong Hun Kim)2⋅김 정 진(Jeong Jin Kim)3*
1한국환경공단
(Korea Environment Corporation)
2안동대학교 환경공학과
(Department of environmental engineering, Andong National University)
3안동대학교 지구환경과학과
(Department of Earth and Environmental Sciences, Andong National University)
요약 : 일월탄광에는 산화조, SAPS, 소택지의 3단계 자연정화시설이 설치되어 있으며 갱내수를 모아 정화한 후 주변 하천으로 유출시키고 있다. 일월탄광 갱내수의 pH 값은 계절에 관계없이 2.28-2.42로 낮은값을 나타내지만 산화조를 거치는 동안 pH 값은 6.17-6.53 급격하게 증가한다. 정화시설에 의한 정 화효율은 SO4, Mg, Al, Ca, Mn은 각각 약 50%, 40%, 100%, 24%, 59%이다. 갱내수의 Fe는 아주 낮은 값(1.06-1.09 ㎎/)이지만 정화시설을 거치는 동안 100%의 제거효율을 나타낸다. 이와 같이 일월탄광에 설치한 정화시설은 pH 상승과 Fe와 Al의 제거 효율은 높지만 SO4, Mg, Ca, Mn 등은 60% 이하로 상대 적으로 낮다. 따라서 이러한 이온을 제거하기 위해서는 다른 정화기술을 적용해야 할 것으로 판단된다.
pH 2.28-2.42 범위인 갱내수가 유입되는 정화시설 바닥에 침전되는 침전물은 슈워트마나이트이며 (Fe8O8(OH)6SO4), pH 5.83-5.96인 침출수에서는 2-line 페리하이드라이트(2-line Fe2O3⋅0.5H2O)가 침전된다.
주요어 : 산화조, SAPS, 소택지, 정화효율, 침전물
ABSTRACT : Artificial precipitation ponds, consisting of three steps of oxidation pond, successive alkalinity producing system (SAPS) and swamp, were constructed for the treatment of the acid mine drainage from the Iwal coal mine. The efficacies of the passive treatment system in terms of neutralization of mine water and removal of dissolved ions were evaluated by the chemical analyses of the water samples. Mine water in the mine adits was acidic, showing the pH value of 2.28-2.42 but the value increased rapidly to 6.17-6.53 in the Oxidation pond. The purification efficiencies for the removal of Al and Fe were 100%, whereas those of SO4, Mg, Ca, and Mn were relatively low of 50%, 40%, 24%, and 59%, respectively. These results indicate a need for application of additional remediation techniques in the passive treatment systems.
The precipitates that formed at the bottom of the mine water channels were mainly schwertmannite (Fe8O8(OH)6SO4) and those in the leachate water were 2-line ferrihydrite (Fe2O3⋅0.5H2O).
Key words : oxidation pond, SAPS, wetland, purification efficiencies, precipitates
*Corresponding author: +82-54-820-5038, E-mail: [email protected]
서 언
우리나라의 경우 산업발전으로 인해 등한시되었 던 환경문제가 1960년대 공해방지법을 시초로 하 여 환경오염을 규제하는 각종 법률 등이 제정되고 체계화되어왔다. 1980년대 이후 산성광산배수에 대해 관심이 고조되면서 이들의 수리지구화학적 연구, 환경오염 조사와 평가, 복구 방안 및 사후 관 리에 대한 많은 연구가 이루어졌다. 광산 활동에 의한 주변지역의 중금속 오염과 관련하여 탄광에 서 나오는 산성광산배수와 침전물에 대한 광물학 적 및 지화학적연구(Chon et al., 1998; Park et al., 2000; Kim and Kim, 2003), 광산주변 수계의 산 성광산배수와 중금속 오염에 대한 연구로 영월, 정 선 및 평창지역(Jung, 2003), 동해광산(Lee et al., 2013), 송천광산(Lee et al., 2010), 삼산제일광산 (Kim et al., 2009), 의성옥동광산(Kim et al., 2008) 등이 있으며, 국내에서 연구된 산성광산배수 정화 연구로는 패각류를 이용한 산성광산배수의 중화와 버선 퇴비의 중금속 흡착능력평가(Yong et al., 2010), ALD (anoxic limestone drainage)와 SAPS (successive alkalinity producing system)를 이용한 산성광산배수 처리(Jung, 2004), 볏짚과 우분을 활 용한 산성광산배수정화(Cheong et al., 1997), 인회 석을 활용한 산성광산폐수의 처리 기술(Choi and Lee, 2004), 제강 슬래그를 이용한 방법(Kwon and Kim, 1999), 자연정화처리시설에 관한 연구(Ji and Kim, 2003), 황산염환원균 고정화 담체를 이용한 산성광산배수 처리(Kim et al., 2008), 그리고 석탄 광의 광산배수처리기술 현황 및 전망(Cheong, 2004) 등이 있다. 산성광산배수의 정화에 대한 연 구로는 침전 및 여과를 통한 광산배수 내 미세부유 물질 및 용해성 중금속제거(Oh et al., 2013)에 관 한 연구가 있지만 현재 폐광산에 설치 운영되고 있 는 정화시설에 대한 효율 평가는 전무한 상태이다.
국외에서는 금속광산과 비금속광산 모두에 걸쳐 광산주변 환경에 미치는 광산폐기물 내 중금속 원 소들의 잠재적이고 실제적인 영향을 평가하기 위 한 적절한 방법을 찾기 위해 많은 기초적인 연구가 이루어져 왔다. 즉, 중금속의 광물학적 형태에 관 한 연구, 산성광산배수의 산도를 예측하기 위한 연 구, 중금속의 이동과 확산과 관련된 지화학/수리지 질학적 모델링 연구 등 다양한 연구가 이루어져 왔 다(Davis et al., 1996; Jennings and Dollhopf, 1995).
산성광산배수 내에 존재하는 중금속 제거와 관련
된 연구는 합성제오라이트와 클링커를 이용한 중 금속제거 효과, 생물화학적 방법에 의한 중금속제 거, 버섯을 이용한 중금속제거 등 다양한 연구가 수행되었다(Rios et al., 2008; Song et al., 2012;
Luptakova et al., 2012).
폐광산지역의 오염은 광산의 갱내수 및 침출수 의 유출과 광물찌꺼기와 폐광석의 물리적인 유실로 인한 2차적인 오염 등 복합적인 요인에 의해 발생 하며, 그 지역에만 한정되는 것이 아니라 자연적인 영향에 의해 광역적이고 지속적으로 오염이 나타나 는 것이 특징이다. 따라서, 폐광산으로부터 발생되 는 산성광산배수에 의한 오염을 방지하기 위하여 다양한 정화방법이 시도되고 있다. 1992년 폐광된 일월탄광은 2004년 광해방지사업단에서 정화시설 을 설치하여 운영하고 있지만 정화효율에 대한 평 가는 아직 수행되지 않고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 일월탄광에 설치된 산성광산배수의 정화시 설에 대한 정화효율에 대해서 알아보고 정화조에 생성된 침전물의 특성을 밝히는 것이다. 이를 위해 하절기인 8월과 동절기인 1월에 각 정화조에서 수 질시료를 채취하였으며, 각 정화조의 오염도를 평 가하기 위하여 대조군으로 오염되지 않은 주변 하 천수 채취하여 분석을 수행하였다. 또한, 침전물 특 성을 밝히기 위하여 소택지 바닥과 폐석탄 적치장 의 침출수 유출지점에서 침전물 시료를 채취하였다.
지질 및 광산개요
일월탄광은 행정구역상 경상북도 봉화군 재산면 의 갈산리이며, 지리좌표 상으로는 E129°03ʹ40.4ʺ, N36°51ʹ19.6ʺ에 위치하고 있다. 일월탄광 일대의 지질은 북부 소백산육괴의 주요구성암류에 해당하 는 선캠브리아대 편암 및 편마암 복합체(원남층과 율리층)와 고생대 변성퇴적암류와, 평안계에 대비 되는 것으로 사료되는 동수곡층, 재산층 및 갈산리 층, 그리고 후기 관입암인 중생대 쥬라기의 춘양화 강암 등이 분포한다(Fig. 1)(Lee and Kim, 1984;
Na, 1987; Ahn et al., 1993).
이 광산은 석탄을 주 개발대상으로 하는 탄광으 로 등록번호 제28242, 27412호이다. 1958년에 태 명탄광, 1959년에 일월탄광의 두 개의 광산으로 출원 등록되었으나 1987년 일월탄광과 대명탄광이 합병하면서 일월탄광으로 명명되었다. 1992년 폐 광될 때까지 월 3,000-3,500톤 정도를 생산하여 발 전용 및 연료용으로 출하하였다.
Fig. 1. Geological map of the study area.
Fig. 2. Over view of passive treatment system in summer and winter season.
Fig. 3. Study area and water sampling sites (IWS:
water samples collected in summer, IWW: collected water samples in winter).
일월탄광은 폐광 후 버려진 상태였지만 2004년 4월에 석탄합리화사업단(현 광해관리공단)에 의해 일 처리량 126 ㎥의 산화조→SAPS→소택지의 3단 계 정화시설을 설치하였으며 갱내수를 모아 정화 한 후 주변 하천으로 유출시키고 있다(Fig. 2).
연구방법
시료채취 및 준비
폐석탄광산인 일월광산에 설치한 산성광산배수 정화시설의 정화효율을 평가하기 위하여 갱내수 및 각 정화조에서 동절기인 1월과 하절기인 8월에 갱내수가 유출되는 관로와 각 정화조의 유출 지점 에서 수질 시료를 채취하였다. 시료 번호 IWS와 IWW은 각각 8월과 1월에 채수한 시료를 의미한 다. 각각의 시료 번호 01은 갱내수(Mine Water)가 유출되는 지점, 02는 산화조(Oxidation pond) 유출 지점, 03은 SAPS (Successive Alkalinity Producing Systems) 유출지점, 04는 습지(Swamp) 조성 저류 지 유출지점에서 채취한 시료이다. 시료번호 05는 대조군 시료로 오염되지 않은 주변 하천수이다 (Fig. 3). 수질 시료는 현장에서 휴대용 pH meter (HANNA, HI991300)를 이용하여 온도, pH 및 EC 를 측정하였다. 양이온 분석용 시료 약 100 ml는 0.45 ㎛ membrane filter를 이용하여 filtering하였 으며, 침전물이 생성되는 것을 막기 위하여 HNO3
Table 1. Field measurement data and chemical compositions of water samples collected from the study area
Season
(Months) Sample No. Temp
(℃) pH EC (µS/cm)
SO4-
(mg/L) Mg (mg/L)
Al (mg/L)
Ca (mg/L)
Mn (mg/L)
Fe (mg/L)
Cu (mg/L)
Zn (mg/L)
Cd (mg/L)
Si (mg/L)
Summer (August)
IWS-01
(mine water) 15.12 2.28 750 634.64 15.50 4.56 85.30 12.76 1.06 ND 0.83 ND 9.43 IWS-02
(oxidation) 20.93 5.73 453 328.65 9.32 ND 66.70 6.72 1.40 ND 0.15 ND 5.49 IWS-03
(SAPS) 20.71 5.74 437 357.44 10.26 ND 77.70 6.81 ND ND 0.07 ND 5.43 IWS-04
(swamp) 20.81 6.17 445 315.24 9.29 ND 66.70 6.34 ND ND 0.07 ND 5.14 IWS-05
(stream water) 17.49 6.19 87 18.33 2.08 ND 12.57 ND ND ND ND ND 4.51 Leachate water 14.48 5.83 795 637.55 18.94 0.02 151.60 7.89 0.30 ND 0.17 ND 7.91
Winter (January)
IWW-01
(mine water) 0.16 2.42 718 618.33 15.02 4.87 82.40 13.96 1.09 ND 0.78 ND 8.75 IWW-02
(oxidation) 0.58 5.88 426 318.62 10.14 ND 72.10 5.78 1.51 ND 0.15 ND 4.79 IWW-03
(SASP) 1.02 5.44 453 327.24 9.89 ND 76.80 5.67 ND ND 0.07 ND 3.21 IWW-04
(swamp) 1.13 6.53 430 307.12 9.19 ND 62.40 6.12 ND ND 0.05 ND 4.97 IWW-05
(stream water) 0.74 6.37 77 10.47 1.94 ND 11.50 ND ND ND ND ND 4.31 Leachate water 0.74 5.96 816 598.67 17.64 ND 99.34 8.13 0.28 ND 0.13 ND 4.88
를 두 방울 정도 떨어뜨려 pH를 낮추었다. 채수한 시료는 즉시 실험실로 옮겨 중화실험 실시 전까지 냉장 보관하였다. 또한 침전물에 대한 광물학적 특 성을 연구하기 위하여 배수관 내에 부착되거나 정 화조 바닥에 생성된 침전물을 채취하였다. 침전물 시료는 최대한 순수한 시료를 채취하기 위하여 침 전물이 두껍게 퇴적된 부분에서 채취하였다.
분석 방법
수질시료 내의 양이온과 음이온은 각각 Perkin Elmer (USA)사의 Elan DRC-e와 Dionex (USA)사의 DX-600 모델을 사용하여 분석하였다. 침전물 시료는 그늘진 곳에서 풍건 시킨 후 Rigaku D/Max-2000을 이용한 X-선회절분석(CuKα, 3~70° 2θ, 1°-2°/min), 포항가속기연구소(PAL)의 8C2 빔라인 고해상도분 말회절분석(scanning time 1sec, 0.05° 2θstep, 5-130°
2θ)을 실시하여 구성 광물의 조성을 밝혔다. 또한 침전물의 미세구조와 형태, 구성성분의 정성 분석
을 위해주사전자현미경(JEOL-JSM-6300 SEM&EDS) 관찰과 EDS분석을 수행하였다.
연구결과 및 토의
수질 특성
Table 1은 현장 및 실내 분석 결과를 나타낸 것 으로 갱내수의 온도는 8월과 1월에 각각 20.63℃
와 0.53℃이며, 산화조는 20.93℃와 0.58℃, SAPS 는 20.71℃와 1.02℃이다. 소택지의 온도는 20.8 1℃와 1.13℃이며, 하천수는 17.49℃와 0.74℃이 다. 갱내수, 정화조 및 하천수의 온도는 갱내수가 약간 낮은 경향을 보이지만 기온의 변화와 관련이 있다.
갱내수의 pH는 8월에 2.28, 1월에는 2.42로 8월 이 약간 높지만 강한 산성을 나타낸다. 산화조의 pH는 8월과 1월에 5.73과 5.88, SAPS는 pH 5.74 와 5.44이며 소택지는 6.17과 6.53이다. 오염되지
Fig. 4. Variation of pH, EC and metal concentration in passive treatment system of Iwal coal mine (stream water: control).
Table 2. Removal efficiency of metal in the passive treatment system of Iwal coal mine area
Season (Months)
Sample
No. SO4- Mg Al Ca Mn Fe
Summer (August)
oxidation
pond 48.2 39.9 100 21.8 47.3 100 SAPS 43.7 33.8 100 8.9 46.6 100 swamp 50.3 40.1 100 21.8 50.3 100 Winter
(January)
oxidation 48.5 32.5 100 12.5 58.6 100 SASP 47.1 34.2 100 6.8 59.4 100 swamp 50.3 38.8 100 24.3 56.2 100
않은 하천수는 pH 6.19와 6.37이다. 갱내수는 계 절에 관계없이 아주 낮은 값이지만 산화조와 소택 지에서 높아지며 SAPS에서는 산화조와 큰 변화가 없다. 소택지에서의 pH 값은 대조군인 주변 하천 과 비슷하다. 따라서 정화시설에서의 pH는 산화조, 소택지, SAPS를 거치면서 대조군의 하천수와 거 의 비슷한 값을 나타낸다.
갱내수의 전기전도도는 8월에 750 µS/cm, 1월 에는 718 µS/cm로 8월이 높은 값을 나타낸다. 산 화조는 각각 453 µS/cm와 426 µS/cm, SASP에서 는 437 µS/cm와 453 µS/cm이며 소택지는 445 µS/cm와 430 µS/cm이다. 하천수는 87 µS/cm와 77 µS/cm로 정화시설을 거친 유출수 보다 낮은 값 을 나타낸다. 갱내수의 전기전도도는 8월에 750 µS/cm, 1월에는 718 µS/cm로 산화조를 거치면서 각각 453 µS/cm와 426 µS/cm로 상당히 낮아지지 만 SASP와 소택지를 거치는 동안 큰 변화가 없다.
그러나 하천수보다 훨씬 높은 값을 나타내는 것으 로 보아 pH 값이 하천수와 유사할지라도 용존물질 은 완전히 제거되지 않는다고 볼 수 있다.
SO4는 갱내수의 경우 8월에는 634.64 mg/L, 1월 에는 618.33 mg/L로 여름인 8월이 겨울이 1월보다 약 간 높은 값을 나타낸다. 산화조는 328.65 mg/L와 318.61 mg/L, SASP는 357.44 mg/L와 327.24 mg/L, 소택지 는 315.24 mg/L와 307.12 mg/L, 대조군인 하천수는 18.33 mg/L와 10.47 mg/L이다. SO4의 제거효율은 산화조에서 약 48% 정도이며 소택지를 거칠 경우 약 50%이다. 따라서 갱내수에 포함된 SO4는 대부 분 산화조에서 제거되며 SASP와 소택지에서는 거 의 제거되지 않는 다는 것을 알 수 있다(Fig. 4).
Mg의 경우 갱내수는 8월에 15.50 mg/L, 1월에 15.02 mg/L로 계절에 따른 변화는 없으며 산화조
에서 9.32 mg/L와 10.14 mg/L, SASP에서 10.26 mg/L, 9.89, mg/L 소택지에서 9.29 mg/L, 9.19 mg/L로 산 화조에서 약간 낮아지지만 SASP와 소택지에서는 더 이상 변화가 나타나지 않는다. Mg의 제거 효율 은 여름 약 40%, 겨울 약 35% 정도이다(Table 2).
Al은 갱내수의 경우 8월 4.56 mg/L, 1월 4.87 mg/L이지만 산화조에서 거의 제거되어 SASP와 소 택지에서는 검출한계 이하의 값을 나타낸다. 이는 갱내수의 pH가 2.28 mg/L로 낮은 상태에서 산화 조에서 5.73 mg/L로 증가하면서 용해도 감소에 의 해 모두 제거된 것으로 판단된다.
가장 높은 값을 나타내는 양이온은 Ca로 갱내수 는 8월에 85.30 mg/L, 1월에 82.40 mg/L로 계절에 따른 변화는 거의 없다. 산화조에서는 66.70 mg/L 와 72.21 mg/L로 제거효율은 약 21.81%와 12.50%
로 여름에 제거효율이 높다. SASP에서는 77.70 mg/L와 76.80 mg/L로 산화조 보다 높은 값을 나타
A B
C D
Fig. 5. Precipitates of pipe (A), wetland (B) and drainage (C and D).
Fig. 6. HRPD patterns of precipitates collected from bottom of wetland and drainage.
A
B
Fig. 7. SEM microphotographs and EDS patterns of schwertmannite (A) and ferrihydrite (B).
낸다. 이는 SASP의 CaCO3가 용해되어 부과된 것 으로 판단된다. 소택지에서는 66.70 mg/L와 62.40 mg/L로 여름에는 산화조와 비슷한 값이지만 겨울 에는 낮은 값을 나타낸다. 하천수의 Ca는 12.57 mg/L와 11.50 mg/L로 낮은 값을 나타낸다.
Mn의 경우 갱내수는 8월에 12.76 mg/L, 1월에 13.96 mg/L로 겨울에 약간 높은 값을 나타낸다. 산
화조에서 6.72 mg/L와 5.78 mg/L로 감소하지만 SASP와 소택지에서는 거의 비슷한 값을 유지한다.
대부분 산화조에서 Mn이 제거되며 여름에 약 50%, 겨울에 약 60%의 제거 효율을 나타낸다. Fe, Cu, Zn, Cd는 갱내수의 경우에도 2 mg/L 이하로 낮은 값을 나타낸다.
정화시설 주변에 적치되어있는 폐탄석으로부터 유출되는 침출수의 온도는 8월과 1월에 각각 14.48℃와 0.74℃로 갱내수의 온도보다 8월에는 약간 낮지만 1월에는 거의 비슷한 값을 나타낸다.
pH는 8월에 5.83, 1월에는 5.96으로 큰 변화가 없 으며 강한 산성을 띠는 갱내수보다 훨씬 높은 값을 나타낸다. 전기전도도는 8월에 795 µS/cm, 1월에 는 816 µS/cm로 비슷하지만 갱내수보다 높다.
SO4는 갱내수의 경우 8월에는 637.55 mg/L, 1월에 는 598.67 mg/L로 여름인 8월이 겨울이 1월보다 약간 높은 값을 나타낸다. Mg의 경우 8월에 18.94 mg/L, 1월에 17.64 mg/L로 계절에 따른 변화는 없 으며 Ca는 갱내수는 8월에 161.60 mg/L, 1월에 99.34 mg/L로 여름인 8월이 훨씬 높은 값을 나타 낸다. Mn의 경우 8월에 7.87 mg/L, 1월에 8.13 mg/L로 겨울에 약간 높은 값을 나타낸다. Fe, Cu, Zn, Cd는 1.0 mg/L 이하로 낮은 값을 나타낸다.
갱내수와 침출수의 수질 특성 중 가장 차이는 pH 와 전기전도도로 갱내수는 침출수에 비해 낮은 값 을 나타낸다.
침전물 특성
일월탄광 정화시설에서의 침전물은 소택지와
SASP로부터 유출되어 소택지로 유입되는 배수관 내에 다량 침전되어있다(Fig. 5). 산화조에도 약간 의 침전물이 생성되어있지만 SASP에는 거의 침전 물이 생성되지 않는다. 배수관 내에 생성된 침전물 은 소택지 바닥에 침전된 것과는 상이한 포도상이 나 구과상의 집합체 형태로 침전되어있다. Fig. 6 은 고해상도분말회절분석(High Resolution Powder Diffraction) 결과를 나타낸 것으로 배수관과 소택지 침전물은 대부분 슈워트마나이트(schwertmannite:
Fe8O8(OH)6SO4)이며 소량의 불순물로 석영을 포 함하고 있다. 정화시설 주변 폐석탄 적치장으로부 터 유출되는 침출수에서 침전되는 침전물은 순수 한 2-line 페리하이드라이트(ferrihydrite: Fe2O3⋅ 0.5H2O)로 구성되어있다. 일월탄광 정화시설에서 채취한 침전물의 SEM 관찰결과 슈워트마나이트의 입자가 더 작지만 한쪽 방향으로 신장된 형태를 나 타내면서 벌집형태로 얽혀 있지만 페리하이드라이 트는 직경 0.5 µm 정도의 입자들이 구과상 집합체 를 형성하고 있다(Fig. 7). 따라서 슈워트마나이트 와 페리하이드라이트는 미세 구조에 차이가 있다 는 것을 알 수 있다. EDS 분석결과 슈워트마나이 트의 주 구성성분은 Fe와 S이지만 페리하이드라이 트는 Fe이다. 산성광산배수 뿐만 아니라 산성광산 배수에 의해 오염된 하천 및 호수 등으로부터 광범 위하게 침전되는 슈워트마나이트는 pH 2.0-4.5인 황산이온이 풍부한 광산수로부터 침전된 황토색의 화합물이다(Bigham and Schwertmann, 1996; Kim and Kim, 2004). 산성광산배수의 특성에 따라 황 산이온(sulfate) 함량이 변할 수 있으며 일반적인 화학식은 Fe8O8(OH)8.2x(SO4)X․nH2O(1≤X≤1.75) 로 표현된다. 일월탄광 갱내수의 pH가 2.4-2.5이기 때문에 산성광산배수에서 침전되는 광물은 이 pH 값의 범위에서는 슈워트마나이트이며, 각 정화조를 연결시켜주는 배수로와 소택지 바닥에는 상당히 많은 양의 침전물이 생성되어있지만 갱내수의 Fe 농도는 약 1.05-1.51 mg/L로 매우 낮은 값을 나타 낸다. 이는 갱내수의 pH 값이 2.35이지만 이미 Fe 는 고상의 슈워트마나이트로 침전물을 생성한 상 태이며 유속에 의해 이동하면서 배수관에 부착되 거나 최종 저수조인 소택지에 침전된 것으로 판단 된다. 2-line 페리하이드라이트가 침전되는 침출수 의 pH는 5.83-5.96으로 산성광산배수 지역에서 페 리하이드라이트가 침전되는 pH 영역에 속한다. 산 성광산배수에서 페리하이드라이트가 침전되는 pH 범위는 5.3-6.9로 산성광산배수의 지화학적 환경에
따라 6-line 혹은 2-line페리하이드라이트가 생성될 수 있다(Dold, 2003; Liua et al., 2010; Kim and Kim, 2003). 2-line 페리하이드라이트는 결정도가 낮아 X-선회절선은 2θ각이 넓은 범위를 갖는 2개 의 회절선만 나타난다. 일반적으로 산성광산배수에 서 침전되는 Fe-hydroxid는 주로 페리하이드라이 트로 결정도가 높을 수록 회절선이 뚜렷하며 회절 선의 수도 많아지는 특성을 보인다. 2-line 페리하 이드라이트는 6-line 페리하이드라이트보다 결정도 가 낮고, 산성광산배수에서 침전되는 경우 초기에 는 2-line 페리하이드라이트가 생성되지만 시간이 지남에 따라 6-line 페리하이드라이트로 변할 수 있다. 일월탄광 침출수에서 침전되는 페리하이드라 이트는 결정도가 낮은 2-line 페리하이드라이트로 시료 채취 당시 초기에 침전된 것으로 판단된다.
결 론
일월탄광 정화조에서 침전되는 침전물은 슈워트 마나이트로 주로 각 정화조를 연결시켜주는 배수 관과 소택지 바닥에 다량으로 존재한다. 소택지의 pH 값은 6.24-6.35로 기존의 연구 결과에 의하면 페리하이드라이트가 침전되는 pH 값의 범위이지만 각 침전조에 페리하이드라이트가 존재하지 않는다.
갱내수의 Fe의 농도가 1.40-1.51 mg/L로 아주 낮 은 값이지만 소택지와 배수관에 다량의 슈워트마 나이트가 침전되어 있다. 이는 pH 값이 2.3-2.9인 갱내수에서 이미 용존 Fe는 현탁 고형물의 슈워트 마나이트로 형성한 상태이며 유속에 의해 이동하 면서 배수관에 부착되거나 소택지에 침전된 것으 로 판단다.
일월탄광 갱내수의 pH 값은 계절에 관계없이 2.28-2.42로 낮은 값을 나타낸다. 낮은 pH의 갱내 수는 산화조를 거치는 동안 pH 값은 급격하게 증 가하여 최종 유출수는 6.17-6.53으로 주변 하천수 의 6.19-6.39와 비슷한 값이다. 갱내수의 pH는 각 정화조를 거치는 동안 주변 하천수와 유사한 값으 로 증가하지만 전기전도도(EC)는 최종유출수가 430- 445 µS/cm로 하천수의 77-87 µS/cm 보다 훨씬 높 은 값을 나타낸다. 이는 pH가 증가하더라도 용존 이온은 쉽게 제거되지 않는 다는 것을 의미한다.
일월탄광 정화시설에 의한 정화효율은 음이온인 SO4는 약 50%이며, 갱내수의 농도가 15.02-15.50 mg/L, 4.56-4.87 mg/L, 82.40-85.30 mg/L, 12.76 mg/L- 13.96 mg/L인 Mg, Al, Ca, Mn은 각각 약 40%,
100%, 24%, 59%이다. 갱내수의 Fe는 아주 낮은 값(1.06-1.09 mg/L)이지만 정화시설을 거치는 동안 Al과 마찬가지로 100%의 제거효율을 나타낸다.
이와 같이 일월탄광에 설치한 정화시설은 pH 상승 과 Fe와 Al의 제거 효과는 탁월하지만 그 외 Mg, Ca, Mn 등의 제거효율은 60% 이하이다. 특히 Mn 의 경우 정화시설을 거친 후에도 6.12-6.34 mg/L 로 높은 값을 나타낸다. 따라서 Mn을 제거하기 위 해서는 다른 정화기술을 적용해야 할 것으로 판 단된다.
사 사
이 논문은 환경부(환경산업기술원)의 토양⋅지하수오
염방지기술개발사업(GAIA Project)의 지원을 받아 수행 되었으며 이에 감사드립니다.
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접수일(2014년 5월 26일), 수정일(1차 : 2014년 6월 11일), 게재확정일(2014년 6월 18일), 책임편집위원 : 김강주
