우수관퇴적물에 함유된 탄산염광물이 산성환경에서의 중금속 용출거동에 미치는 영향 평가

• 발행기관: 대한자원환경지질학회
• 저자명: 이평구 유연희
• 간행물 정보: 『자원환경지질』35권 3호, 251~271쪽, 전체 21쪽
• 주제분류: 자연과학 > 지질학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2002.06.30

국문 초록

이 연구는 호남탄전지역 폐탄광에서 배출된 산성광산배수와 하상퇴적물에 대한 환경지구화학적 특도시지역의 오염된 우수관퇴적물과 관련된 주요 관심사항 중의 하나는 산성비의 pH와 탄산염광물의 완충역할에 따른 중금속 원소의 단기적인 유동도이다. 탄산염광물의 완충역할은 적정법에 의해 평가되었다. 용출실험은 다양한 초기 질산농도를 갖는 용액으로 24 시간동안 실시하였다. 우수관퇴적물은 주로 방해석과 백운석에 의해 완충되는 것으로 나타났다. 탄산염광물을 많이 함유하고 있는 퇴적물 시료의 경우, pH가 산도 (acidity)의 증가에 따라 서서히 감소하였다. 탄산염광물을 덜 함유하고 있는 퇴적물 시료는 pH가 2 정도까지 급격하게 감소하다가 그 이후 천천히 감소하였다. 용출반응은 산용액이 더 첨가되어 탄산염광물의 완충역할을 완전하게 소모할 때까지 늦어졌다. pH가 감소됨에 따라 반응액의 아연, 구리, 납 및 망간 함량은 급격하게 증가하는 반면, 카드뮴, 코발트, 니켈, 크롬 및 철의 용해는 매우 느리며 제한적이었다. 중금속 원소의 용해도는 반응액의 pH값 뿐만아니라 퇴적물 입자와 수반된 금속원소의 존재형태에 의존한다. 약 산성환경에서, 아연, 카드뮴, 코발트, 니켈 및 구리의 용해작용이 점차적으로 중요해졌다. 용출실험으로부터, pH 5에서의 중금속 원소의 상대적인 유동도는 다음과 같다: 아연>카드뮴>코발트>니켈>구리>>납>크롬. 이는 약한 산성비가 오염된 우수관퇴적물로부터 아연, 카드뮴, 코발트, 니켈 및 구리를 용출시기는 반면에 납과 크롬은 용출시키지 못한다는 것을 지시한다. 방해석과 백운석 등의 탄산염광물의 완충역할은 심하게 오염된 우수관 퇴적물의 용출반응을 늦어지게 할 뿐 아니라 제한하는 데 중요한 역할을 하고 있다. 이와 간은 2차적인 환경오염은 퇴적물에 있는 금속원소가 산성비에 의해 얼마나 잘 용출되는 가에 의해 좌우된다. 물리화학적인 환경변화는 중금속에 의한 심각한 환경오염을 야기시킬 수 있다. 이런 연구결과는 오염된 퇴적물의 관리에 고려되어야 한다.

영문 초록

One of the main interests in relation to heavily contaminated gully-pot sediment in urban area is the short term mobility of heavy metals, which depends on the pH of acidic rainwater and on the buffering effects of carbonate minerals. The buffering effects of carbonates are determined by titration (acid addition). Leaching experiments are carried out in solutions with variable initial HNO₃contents for 24h. The gully-pot sediment appears to be predominantly buffered by calcite and dolomite. In case of sediment samples, which highly contain carbonates, pH decreases more slowly with increasing acidity. On the other hand, for the sediment samples, which less contain carbonate minerals, pH rapidly drops until it reaches about 2 then it decreases slowly. The leaching reactions are delayed until more acid is added to compensate for the buffering effects of carbonates. The Zn, Cu, Pb and Mn concentrations of leachate rapidly increase with decreased pH, while Cd, Cn, Ni, Cr and Fe dissolutions are very slow and limited. The solubility of heavy metals depends not only on tai pH values of leachate but also on the speciation in which metals are associated with sediment particles. In slightly to moderately acid conditions, Zn, Cd, Cn, Ni and Cu dissolutions become increasingly important. As deduced from leaching runs, the relative mobility of heave metals at pH of 5 is found to be: Zn > Cd > Co > Ni > Cu >> Pb > Cr, suggesting that moderately acid rainwater leach Zn, Cd, Co, Ni and Cu from the contaminated gully-pot sediment, while Pb and Cr would remain fixed. The buffering effects of Ca- and Mg-carbonates play an important role in delaying as well as limiting the leaching reactions of heavy metals from highly contaminated gully-pot sediment. The extent of such a secondary environmental pollution will thus depends on how well the metals in sediment can be leached by somewhat acidic rain water. Changes in the physicochemical environments may result in the severe environmental pollution of heavy metals. These results are to be taken into account in the management of contaminated sediments during rainstorms.

키워드

산성비 용출실험 중금속 존재형태 acid rain leaching experiment heavy metal speciation