남한지역 탄전별 광산배수의 물리화학적 특성에 관한 연구

지상우,김선준 한국자원공학회 2003 한국자원공학회지 Vol.40 No.6

Coal fields in South Korea have been grouped into seventeen mainly based on geological age, structure and geography, and thirteen of them have been developed. In order to elucidate the physico-chemical characteristics of mine drainage from each coal field and the intrinsic reasons of differences among them, if any, sampling and analysis of waters from 61 mines in eight coal fields have been carried out. The coal seams of the Chungnam coal field from the Daedong system (Mesozoic era) which are mostly located between breccia and coarse sandstone formations contain relatively smaller amount of sulfides than coal-bearing formations of the Pyungan system (Proterozoic era). Mine drainage waters from the Daedong system, Chungnam coal fields mostly showed lower heavy metal and sulfate concentrations than those from the Pyungan system. Among the coal fields of the Pyungan system, differences can also be found in metal and sulfate concentrations. The Kangneung and Samchuck coal fields, in which coal seams are located between mostly shale formations, show higher metal and sulfate concentrations than the other coal fields. The Boeun and Honam coal fields show the lowest metal and sulfate concentrations among the coal fields of the Pyungan system, which may be due to the metamorphic rocks lying beneath the formations of bearing coal seams. The metamorphic rocks contain less sulfides and higher permeable fractures comparing to formations of other coal fields of Pyungan system. 남한지역에 분포하는 탄전은 17개로 분류되며 이 중 13개 탄전이 경제성이 있어 개발되었다. 각 탄전별 광산배수의 물리화학적 특성들의 차이와 그 특성차의 내재적 원인을 규명하고자 8개탄전의 61개 광산에 대하여 시료채취와 분석이 수행되었다. 중생대 대동계층의 충남탄전은 함탄층이 함각력층과 조립 사암층 사이에 존재한다. 따라서 함탄층이 주로 셰일층이나 중립 사암층 사이에 존재하는 고생대 평안계층의 탄전에 비해 황화광물의 양이 적고 반응할 수 있는 비표면적이 작은 이유로 황화광물의 산화가 적어 오염현상이 낮게 나타난다. 고생대 평안계층의 강릉탄전과 삼척탄전의 광산배수는 함탄층 상하부에 위치하는 황화광물이 풍부한 흑색 셰일층의 영향으로 다른 탄전에 비하여 금속이온이나 SO42- 농도가 높게 나타난다. 반면 변성대에 속하는 보은탄전과 호남탄전의 광산배수는 비변성대에 비해 비교적 낮은 오염이 나타난다. 이는 하부에 위치하는 변성암의 영향, 즉 상대적으로 적은 황화광물의 양과 변성대에 생긴 투수성이 큰 절리성 파쇄대로 인해 황화광물의 산화가 적은 이유로 판단된다. 건기인 11월부터 2월에 비해 우기인 7월부터 9월 사이에 광산배수의 금속과 수소이온의 농도가 높게 나타나 우기에 광산배수에 의한 오염영향이 더 큰 것으로 나타난다.

광해와 광해방지 기술 (제4편)

지상우,임길재 한국토목섬유학회 2010 한국지반신소재학회지 Vol.9 No.2

광해와 광해방지 기술 (제2편) : 산성광산배수와 광해방지 기술

지상우,임길재 한국토목섬유학회 2009 한국지반신소재학회지 Vol.8 No.4

Treatment Efficiency of Acid Mine Drainage by Ho-Nam Coal Mine Passive Treatment System

지상우,유경근,임길재,정영욱 한국자원공학회 2012 Geosystem engineering Vol.15 No.1

Ho-nam coal mine passive treatment system, which consists of oxidation pond (OP), successive alkalinity producing system (SAPS), and aerobic wetland (AW), was investigated to estimate the treatment efficiency of entire system and each treatment step. After the acid mine drainage of Ho-nam coal mine moves through the entire system, metal concentration and acidity decreased and alkalinity increased, so. The acid mine drainage has been treated successfully by the Ho-nam coal mine passive treatment system. However, iron ions were not removed sufficiently in oxidation pond even though ferrous ions oxidized to ferric ions. Furthermore, in SAPS, Fe concentration decreased rapidly but sulfate reducing bacteria (SRB) activity was not showed in the system. These results suggest that the objectives of each step were not achieved as designed though the system was found to be successful.

한창탄광 광산배수의 수질 특성 변화와 처리시설 정화효율에 관한 연구

지상우,김선준,고주인 한국자원공학회 2005 한국자원공학회지 Vol.42 No.1

Sampling of waters from each stage of the passive treatment system, waste rock pile seepage, and spring near the Hanchang coal mine of Kangwon Province were carried out seasonally and analyzed to evaluate the hydro-characteristic variation of mine drainage and the removal efficiency of the passive treatment system. Sulfur isotope compositions were measured to identify the sulfate reduction processes in the SAPS (Successive Alkalinity Producing System). The mine drainages from the Hanchang mine adit showed pH higher than 6.5 at all seasons but continuously increasing iron and sulfate concentrations. Spring waters near the mine were acidic(pH 3.29 ~ 4.57) and showed high concentration of aluminum and sulfate. The sulfate isotope and chemical composition of spring water implied that the oxidation of waste rock be the main factor which govern the quality of groundwater in the vicinity of the Hanchang mine. The acidity removal efficiency in the SAPS was 16.65g/m2/day as an average and the iron removal efficiency was 12.08g/m2/day as an average. However, no appreciable decrease of sulfur content and almost similar sulfur isotope compositions of water from each stage of the treatment system might suggest incomplete or very poor microbiological sulfate reduction. Also the acidity removal efficiencies of the SAPS and aerobic wetland decreased during the winter. 광산배수의 계절에 따른 수질 변화와 자연정화시설의 정화효율을 파악하기 위하여 강원도 평창군 소재 한창탄광에서 광산배수, 폐석침출수, 샘물 및 각 처리공정별 처리수에 대한 시료채취와 분석이 수행되었다. 또한 SAPS(Successive Alkalinity Producing System)에서의 황산염환원 반응여부를 인지하고자 황동위원소 조성분석이 수행되었다. 한창탄광의 갱구유출수는 6.5 이상의 pH를 유지하지만 Fe와 SO42-의 농도가 증가되는 경향을 갖는다. 부근 하천수의 수질은 석축침출수에 주로 영향을 받으며 유량의 변화에 따라 영향정도가 달라진다. 샘물은 pH 3.29∼4.57의 산성수이며 높은 Al과 SO42- 농도를 보인다. 샘물의 동위원소조성과 화학조성으로 볼 때 지하수의 수질에 영향을 미치는 것은 부근에 방치된 폐석의 산화에 의한 것으로 판단된다. SAPS의 산도 제거율은 평균 16.65 CaCO3 g/m2/day이며 Fe 제거율은 평균 12.08g/m2/day이다. 그러나 SO42- 농도가 거의 줄어들지 않고 황동위원소 조성의 변화도 거의 나타나지 않아 미생물에 의한 황산염환원이 일어나지 않거나 매우 약한 것으로 보인다. 또한 SAPS와 호기성소택지에서의 산도제거율은 겨울철에 매우 불량한 것으로 나타났다.

The Removal of Arsenic Ion in Electro-Coagulation Cell

지상우,유경근,Brian A. Dempsey 한국자원공학회 2011 Geosystem engineering Vol.14 No.2

The removal of As(V) and As(III) was investigated using electro-coagulation (EC) cell. Adsorption on hydro ferric oxide (HFO) generated by EC cell shows high ratio at lower pH and decreases with increasing pH. The removal efficiencies are higher in the feed solution with As(III) than with As(V). Total arsenic removal ratio is higher in the feed solution with As(III) than with As(V). Total arsenic removal ratios in EC process are over 90% at pH 4 to 9 at 1.0 A in the feed solution with As(III). At 0.5 A, As(III) adsorption ratio is 36.84% at pH 4 and total arsenic removal ratio is 60.79%,and As(III) adsorption ratio is 88.19% at pH 4 and total arsenic removal ratio is 91.13% at 1.0 A. High adsorption ratio of As(V)increases total arsenic removal ratio. In the EC cell, As(III)species could be oxidized to As(V) species, and high arsenic removal ratio is expected at low pH range by using EC process. The oxidation ratios of As(III) to As(V) are 7.1 to 41.3% and 11.1 to 27.7% at 0.5 A and 1.0 A, respectively. The EC process can oxidize As(III) to As(V), and As(V) has more affinity on HFO surface than As(III) at low pH ranges. This result suggest that this technology could be used to remove As ion from acid mine drainage.

수산화알루미늄 함유 폴리염화비닐 흡착제에 대한 비소이온 흡착거동

지상우,복송민,오참뜻,임길재,정영욱,박제현,최의규,최홍일,유경근 한국자원공학회 2016 한국자원공학회지 Vol.53 No.5

PVC-Al(OH)3 beads were prepared to remove arsenic (As) ions using aluminium hydroxide sludge for an effective re-use. The sludge was obtained from domestic treatment facilities of acid mine drainages. The absorption behavior of arsenic ion was investigated in the pH range within 2 and 12. As a result, the removal efficiencies of As(V) ion were higher than that of As(III), over the entire pH range of this study. The removal efficiencies of As(V) ion increased to 100% at neutral pHs within 500 min of reaction duration. The efficiencies were low at pH 2 and pH 12, because of the high dissolution of aluminum hydroxide at those pHs. The absorbed amount of As(V) ions increased to 200 mmol/g at 200 mmol/L initial As concentration. 국내 산성광산배수 처리장에서 회수된 수산화알루미늄 슬러지를 효율적으로 활용하기 위해서 폴리염화비닐 (PVC)과 혼합해 PVC-Al(OH)3 비드를 제조하고 비소 이온 제거를 위해 사용하고자 하였다. pH를 2에서12로 변화시키며 비소이온의 흡착거동을 조사한 결과 모든 구간에서 비소 5가 이온의 제거율이 비소 3가 이온보다 높았으며, pH가 중성영역에서 제거율은 500 분 내에 100%를 나타냈다. 비소 제거율은 pH가 2와 12에서감소하였는데, 이는 수산화알루미늄이 이 영역에서 용해되는 것이 원인으로 분석되었다. 비소 5가 이온의 경우초기 농도 200 mmol/L일 때 흡착량은 200 mmol/g까지 증가하였다.

鑛山排水處理技術의 特許動向分析

지상우,정영욱,임길재,유경근 한국자원공학회 2007 한국자원공학회지 Vol.44 No.3

The patents were searched to investigate the trend and the direction of technologies about mine drainage treatment. Data were collected using WIPS site, and supported by USPTO, PAJ, EPO and KIPRIS. Abstracts of patents searched by keyword, ‘mine drainage treatment’ or ‘mine water treatment’ were examined and 112 patents were finally selected. The patents from 1979 to 2006 were analyzed according to countries, international patent classification (IPC), and technologies. Unite states leads the world in the number of patents and patents related to physical and chemical treatment technology outnumbered others. 광산배수 처리기술의 추이 및 동향을 조사하기 위하여 특허 출원 검색을 실시하였다. 특허 검색 데이터베이스는 국내 WIPS사의 특허검색 사이트를 이용하였으며, 미국의 USPTO, 일본의 PAJ, 유럽의 EPO 그리고 한국의 KIPRIS를 참고하여 보완하였다. 검색 키워드는 ‘광산배수(폐수) 처리’ 또는 ‘mine drainage(water) treatment’로 하였으며, 특허 요약문을 분석하여 최종적으로 112건을 선정하였다. 특허 분석은 1979년부터 2006년까지의 특허를 주요 국가별, IPC 분류별, 그리고 관련 기술별로 분류하여 분석하였다. 특허출원국 분석에서 미국이 가장 많은 특허출원 건수를 나타내고 있으며, 광산배수처리기술 중에서는 능동적 정화방법인 물리적화학적 처리기술이 가장 많이 개발된 것으로 나타났다.

산성광산배수에 의한 한창탄광 부근 지하수의 오염과 자연정화처리시설 효율에 관한 연구

지상우,김선준 한국지하수토양환경학회 2003 지하수토양환경 Vol.8 No.2

폐탄광에 의한 주변 지하수의 오염원과 오염 경로의 파악을 위해 강원도 평창군 소재 한창탄광을 대상으로 계절 변화에 따라 SAPS(Successive Alkalinity Producing System)를 이용한 자연정화 처리시설 공정의 각 단계와 폐석침출수, 탄광부근 샘물시료가 채수 및 분석되었다. 또한 지하수의 오염원 규명과 SAPS조에서의 황산염 환원 발생여부를 확인하고자 황동위원소 분석이 실시되었다. 연구지역의 지하수에서 계절적인 변화와 관계없이 높은 수소이온농도와 금속농도가 나타나는 것은 산성광산배수가 계절과 무관하게 지속적으로 지하수를 오염시킬 수 있음을 나타내고 있다고 할 수 있다. 처리시설은 산도(acidity) 제거량이 평균 18.17 g/$\textrm{m}^2$/day이고 가장 오염부하량이 많았던 9월에는 59.02 g/$\textrm{m}^2$/day 이며, 금속제거능은 거의 100%에 이르러 다른 지역의 처리시설에 비해 높은 정화성능을 갖는다. 그러나 처리시설의 각 공정 단계별로는 황 함량의 감소가 나타나지 않았고 황동위원소 조성의 변화도 거의 없었는데 이는 황산염환원박테리아에 의한 황산염환원 작용은 매우 미약하거나 전혀 이루어지지 않는 것으로 보인다 화학조성과 황동위원소 조성을 통해 샘물은 폐석침출수에 의해, 처리시설내 석축침출수는 폐석침출수와 갱구유출수에 의해 영향을 받은 것으로 판단되었다. 본 연구지역은 갱구유출수에 대한 처리시설이 가동중에 있으나 폐석침출수에 대한 대책은 없는데 이는 다른 폐광지역에서도 유사한 상황이므로 폐석침출수에 대한 오염방지 대책 마련이 시급한 것으로 사료된다. Sampling of waters from each stage of treatment system (Successive Alkalinity Producing System; SAPS), tailings seepage, and spring near the Hanchang coal mine of Kangwon Province were carried out seasonally and analyzed to evaluate the source and possible path of groundwater contamination by acid mine drainage (AM). Sulfur isotope compositions were measured to identify the origin of groundwater contaminations and the sulfate reduction processes in the SAPS. Low pH and high metal concentration of spring water indicates possibility of the groundwater contamination by AMD. Removal efficiency of acidity of the SAPS was 18.17 g/$\textrm{m}^2$/day on an average and the metal removal efficiency was almost 100%, which was higher than those of other treatment systems. However, no appreciable decrease of sulfur content and almost similar sulfur isotope compositions of water from each stage of the treatment system may suggest incomplete or very poor sulfate reduction by sulfate reducing bacteria. Chemical and sulfur isotope compositions showed that spring water was contaminated by seepage from mine tailings. And seepage of stonewall, a part of treatment system was affected by both tailings seepage and mine adit drainage. In this study site, the treatment system was constructed for the only AMD from mine adit not for tailings seepages, which resulted in the groundwater contamination from tailing seepages. Similar situation is expected in other abandoned coal mine areas.

광해와 광해방지 기술 (제3편) : 광산폐기물과 광해방지 기술

지상우,임길재 한국토목섬유학회 2010 한국토목섬유학회지 Vol.9 No.1