옛 장항제련소 주변 중금속 오염토 세척공정 후 토양 특성 변화 연구

안경현; 김송희; 정승우

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저자정보: 안경현 (군산대학교) 김송희 (군산대학교) 정승우 (군산대학교)

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제42권 제10호

발행연도: 2020.10

수록면: 482 - 492 (11page)

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

옛 장항제련소 주변 중금속 오염토 세척공정 후 토양 특성 변화 연구

안경현 , 김송희 , 정승우 대한환경공학회지 2020.10 학술저널

2015

중금속 오염토양 세척에 따른 토양의 물리화학적 특성변화 연구

안경현 , 김진주 , 박윤수 외 3명 대한환경공학회 학술발표논문집 2015.10 학술대회자료

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서론: (구)장항제련소 주변 비매입구역 중금속 오염토양에 대한 토양세척공정 적용 전, 후 토양특성 변화를 관찰하였다. 3개 다른 토양세척공정으로부터 토양세척공정 적용 전, 후 토양을 확보하여 토양 기본 특성을 분석하였고, 조사된 토양특성 결과는 농업진흥청에서 권장하고 있는 작물재배시비기준과 비교하여 토양 기능을 간접적으로 평가하였다. 또한 본 연구는 오염토양 공정 적용 후 발생하는 정화토 관리 필요에 대해 토의하였다.
방법: 3개 토양세척공정(1OU, 2OU, 3OU)은 공통적으로 입도 분급(파쇄, 마쇄, 분쇄 등)→물리적 선별(큰 돌, 미세토, 최소 미세토)→화학적 세척(미세토)→세척토 중화(소석회)→세척토 혼합 및 원위치 등의 순으로 진행된다. 1OU, 2OU, 3OU 세척공정의 최소 분류 입경은 각각 5 μm, 20 μm, 10 μm이었으며, 사용된 세척액은 각각 0.1 M H₂SO₄, 0.5 M H₂SO₄/0.5 M H₃PO₄, 0.1 N NaOH-Na₂CO₃(알칼리환원법)이었다. 본 연구는 세척 전, 후 토양을 채취하여 풍건 후 입경 2 mm 이하 토양에 대해 토성(texture), 용적밀도, 입단안정성, 보수력, pH, 전기전도도, 유기물함량, 총질소, 유효인산, 양이온교환능력, 치환성양이온(칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨) 등을 분석하였다.
결과 및 토의: 사질성 토양은 세척과정 중 토양 파쇄 및 분쇄과정으로 토성 변화가 크게 나타났지만 미사질성 토양은 세척 후에도 토성 변화가 없었다. 토성 변화가 크게 나타난 사질성 토양은 용적밀도 증가, 보수력 감소, 입단의 안정성 감소를 보였다. 세척 후 토양 pH는 사용된 세척액에 따라 영향을 받아 산성용액을 사용한 공정은 확연히 낮은 pH를 보였고 알칼리용액을 사용한 경우 높은 pH를 보였다. 세척 후 토양의 유기물함량, 전질소, 유효인산 및 CEC 등은 모두 감소하였다. 미사질 논토양의 경우 세척 후 유기물함량과 총질소 값이 확연하게 감소하였다. 세척 후 가장 두드러지게 변화된 토양특성은 전기전도도였다. 토양세척 후 토양 전기전도도는 1OU 0.51→6.21 ds/m, 2OU 1.09→3.73 ds/m, 3OU 0.99→9.30 ds/m로 모든 OU에서 급격히 증가하였다. 세척 전 오염토양의 전기전도도는 모두 적정수준인 2 ds/m 이하였지만 토양세척 후 크게 증가하여 강한 염류토양 수치를 보였다. 장항지역 작물별 시비처방기준으로 세척 전, 후 토양의 질을 평가한 결과 옛 장항제련소 주변 중금속 오염토는 세척(정화) 후 토양 질이 급격히 저하된 것으로 나타났다. 1OU, 2OU, 3OU를 모두 통틀어 집계하면 세척 전(오염토) “적정” 범위에 속한 토양 특성 값은 10개였지만 세척 후(정화토) 5개로 줄었다.
결론: 토양세척 공정 적용으로 인한 토양 질 변화는 심하게 나타났다. 가장 큰 변화는 토양 전기전도도의 급격한 증가로 나타나 토양 세척토를 재활용하기 위해서는 토양의 건강성 회복이 먼저 이루져야 한다. 중금속 세척공정으로 인한 급격한 토양 질 변화의 원인은 첫째, 중금속을 상대적으로 높게 함유한 미세토의 분리 및 폐기로 미세토가 빠져나간 것과 둘째, 화학세척액에 의한 토양교란이 이루어졌고, 셋째, 응집제 및 중화제 등 고농도 염을 사용하였기 때문이다. 따라서 정화토를 생태계의 일원으로 다시 되돌려 보내기 위해 앞으로 토양으로서 기능을 회복시킬 수 있도록 제도적 정비와 공학적 노력이 필요하다.

Objectives : Changes in soil properties after washing of metal-contaminated soil near the former Janghang Smelter were investigated in this study. Contaminated input soils and remediated output soils were sampled from three different soil washing plants and analyzed for soil physical and chemical properties. Soil quality was evaluated by the soil fertilization guideline suggested by the Korea Rural Development Administration (KRDA). This study revealed the necessity of soil quality management for the remediated soil as an ecosystem member.
Methods : Three soil washing plants (1OU, 2OU, 3OU) were commonly divided into the five steps: 1) the particle separation (crushing and grinding etc.)→2) soil particle classification (big stone, fine soil, minimal fine soil) →3) chemical washing (fine soil)→4) neutralization of washed soil (lime)→5) return-back to the original position. The separating minimum particle diameters of the 1OU, 2OU, and 3OU washing processes were 5 μm, 20 μm, and 10 μm, respectively, and the chemical washing solutions used were respectively 0.1 M H₂SO₄, 0.5 M H₂SO₄/0.5 M H₃PO₄, and 0.1 N NaOH-Na₂CO₃ (alkali reduction). Soils were collected before and after washing, air-dried, sieved with < 2 mm and analyzed for soil texture, bulk density, aggregate stability (AS), water holding capacity (WHC), pH, electrical conductivity (EC), organic matter content (OM), total nitrogen (TN), available phosphate (AvP), cation exchange capacity (CEC), exchangeable cations (potassium, calcium, magnesium, sodium).
Results and Discussion : Sandy soil showed a big change in soil texture before and after soil washing, while there was no change in soil texture for fine soil. Sandy soil showed an increase in bulk density, a decrease in WHC, and a decrease in AS. The pH of remediated soil was affected by the type of washing chemical. The acidic washing processes (1OU, 2OU) resulted in low pH soils, while an alkali reduction process (3OU) showed high pH soil. The soil OM, TN, AvP and CEC decreased after soil washing. In the case of silty paddy soil, OM and TN were significantly reduced by washing. The most important change in soil property after washing was EC. After soil washing, the soil electrical conductivity increased sharply in all OUs : 1OU 0.51→6.21 ds/m, 2OU 1.09→3.73 ds/m, 3OU 0.99→9.30 ds/m. The EC values of the contaminated soil before washing were all less than 2 ds/m, which is an appropriate agricultural level. However, EC was significantly increased after washing, implying a strong salty soil level. The soil quality evaluation results before and after washing showed that the soil quality of heavy-metal contaminated soil was apparently degraded by washing. The number of soil property in the optimal range before washing (contaminated soil) was 10, but the number decreased to 5 after washing (remediated soil).
Conclusions : Soil quality may be significantly changed after soil washing. The most noticeable change was the significant increase in the EC of soil and the soil health should be restored first to recycle the remediated soil. The important causes of changes in the soil quality were the separation of fine soil particles containing relatively high heavy metals from the bulk soil, soil disturbance by chemical washing solution and addition of high salts such as coagulants and pH adjust. Soil management schemes considering soil health should be soon prepared to restore the remediated soil back as an ecosystem member.

#Soil Washing #Heavy Metal #Soil Health #Remediated Soil #Electrical Conductivity #Soil Texture #토양세척 #중금속 #토양건강성 #정화완료토 #전기전도도 #토성

참고문헌 (30)

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Ministry of Environment, 2nd Master Plan of Korean Soil Protection, Sejong, Korea(2020).

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D. E. Stott, S. S. Andrews, M. A. Liebig, B. J. Wienhold, D. L. Karlen, Evaluation of β-glucosidase activity as a soil quality indicator for the soil management assessment framework, Soil Sci. Soc. Am. J., 74(1), 107-119(2010).

Y. Min, K. Sung, Influence of washing treatment on the qualities of heavy metal-contaminated soil, Ecol. Eng., 81, 89-92(2015).

Y. Chae, R. Cui, S. W. Kim, G. An, S.-W. Jeong, Y.-J. An, Exoenzyme activity in contaminated soils before and after soil washing: ß-glucosidase activity as a biological indicator of soil health, Ecotoxicol. Environ. Saf., 135, 368-374(2017).

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