폐광산 토양개량‧복원사업 완료 농경지 안정화 효율 및 화학성 평가

고주인,박미선,박관인,백승한,고일하,Ju-In Ko,Mi-Sun Park,Gwan-In Park,Seung-Han Baek,Il-Ha Koh 한국지하수토양환경학회 2024 지하수토양환경 Vol.29 No.1

In Korea, the common remedial process for reclamation of agricultural soils nearby abandoned mines involves chemical soil stabilization followed by covering with clean soil. This study investigated the chemical properties of cover soils and the validity of HCl extraction method in assessing the degree of As and heavy metal stabilization in stabilized soils collected from 14 plots where mine reclamation had been completed. The results revealed there were no major differences in contaminants extraction rate between the stabilized soils and contaminated soils, suggesting HCl extraction procedure is a less feasible method to determine the efficiency of the stabilization. Soil quality indicators including OM, SiO₂, P₂O₅, etc. of the land-covering soils were generally lower than those of stabilized soils that used to be the cultivation layer before the stabilization. Nonetheless, the value of those indicators didn't meet the regulatry limits of agricultural soil. Therefore, future strategy for mine reclamation should concentrate not only on contaminant concentration but also on soil quality parameters for agricultural use of the reclaimed soil.

온도 및 산소농도 단면도 작성을 통한 광산폐석장 특성화 연구

고주인,김선준 한국자원공학회 2005 한국자원공학회지 Vol.42 No.6

The Dongwon-wooseong coal mine was selected as a study area which is located at Sabuk, Jeongseon, Gangwon-do, Korea. Four drilling holes on waste rock pile were selected using electrical resistivity survey and seismic survey for the characterization of waste rock pile. The cores from each drill hole were collected and analyzed for Acid Base Accounting(ABA) test. The depth profile of temperatures and oxygen concentrations in four holes were measured. In addition seepages from the waste rock pile and precipitation were collected and analyzed for physicochemical properties(e.g. pH, temperature, Fe, Al, Mn, SO42-) and stable isotope ratio. Physicochemical properties of waste rock pile seepage exhibited the oxidation of sulfide minerals(e.g. pyrite). ABA test results of waste rocks indicated that acid producing potential is very highly. The increasing temperature with depths in drill hole apparently exhibits the oxidation of sulfide minerals. Different oxygen contents were also observed with depths at each drill hole. Temperature in hole No.3 and 4, near the boundary of the waste rock pile is higher about 3 and 1 than the holes No.1 and 2. Also, oxygen content in hole No.3 does not decrease with depth and is maintained at the level of the atmospheric content. Also, it was assumed that seepage would flow in the direction of holes No.1, 2, and 3 and new seepage would flow from holes No.1 to 4. From the results of monitoring oxygen concentrations in all of 4 holes, it was assumed that groundwater channels be formed and expanded inside the waste rock file by water infiltration. 광산폐석장 특성화 연구를 위해 동원-우성탄광 폐석장의 전기비저항탐사 및 탄성파탐사 결과 자료를 검토한 후 4개의 시추공을 착정 하여, 각 시추공에서 심도별 온도 및 산소농도를 측정하였다. 또한 폐석시료를 채취하여 ABA(Acid Base Accounting) test를 수행하였고, 폐석장에서 발생되는 침출수 및 지역강우를 채취하여 물리화학적 특성(pH, 온도, Fe, Al, Mn 및 SO42- 농도 등)과 안정동위원소분석을 실시하였다. 침출수의 수질 분석 결과, 폐석장 내부에서 황철석 등의 황화광물 산화가 활발하게 이루어지고 있음을 파악할 수 있었고, 폐석에 대한 ABA test 결과 산 발생 가능성이 높은 것으로 조사되었다. 시추공의 심도별 온도 측정 결과에서도 광산폐석장 내부에서 황철석 등의 황화광물 산화에 의한 온도 증가 현상을 확인 할 수 있었고, 심도별 산소농도 측정 결과로 페석장내 각 시추공의 깊이에 따라 공급되는 산소의 양이 다른 것을 확인할 수 있었다. 폐석장의 사면 근처에 존재하는 3, 4호 시추공내 온도는 1, 2호 시추공보다 약 1∼3 높게 조사되었다. 심도별 산소농도 측정 결과 폐석장의 사면 가까이에 존재하는 시추공인 3호 시추공에서는 폐석장 심부까지 대기와 비슷한 약 20%의 산소가 공급되고 있었다. 또한 침출수의 유동경로로 추정되는 1, 2, 3호 시추공과 새로운 침출수 경로로 예상되는 1, 4호 시추공의 산소농도 모니터링 결과는 폐석장내로 유입되는 물에 의해 폐석장 하부 지하유로의 형성 및 확장을 예상하게 한다.

안정동위원소를 이용한 광산폐석장내 침출수 발생의 지화학적 특성 분석

고주인,김선준,이상훈 한국자원공학회 2006 한국자원공학회지 Vol.43 No.5

To characterize the waste rock pile of the Dongwon-wooseong coal mine located at Sabuk, Jeongseon-gun, Gangwon-do, Korea, samples of rain water, seepages and drill hole waters were collected and stable isotope compositions(δ18O, δD and δ34S) and some physicochemical properties(pH, temperature, Fe, Al, Mn and SO42- concentration) were analyzed. Physicochemical properties of waste rock pile seepage waters exhibited the oxidation of sulfide minerals (e.g. pyrite). When δ18O and δD of drill hole waters and seepage waters were compared to the local meteoric water line, the almost identical slope did not indicate any apparent evaporation process in the waste rock pile. To investigate the activity of sulfur oxidizing bacteria(SOB) in the waste rock pile, sulfur isotope ratios of seepage waters were analyzed. Even though, higher δ34S values(7.3~7.8‰) of seepage waters than that of rain water all year long do not support the activity of SOB, cultivation of SOB using 9K medium positively show the existence of SOB. To evaluate the source of oxygen in sulfate ion, δ18O compositions of drill hole waters, seepage waters and sulfate ions of these waters were analyzed. Theoretical calculation indicated that oxygen of sulfate ion mostly came from the oxygen of precipitation(average about 75%) and drill hole waters of No. 3 and 4 located near to the open slope of waste rock pile revealed that they were more affected by atmospheric oxygen(about 38% in average) than others were. 강원도 정선군의 동원-우성탄광 폐석장에서 강우시료와 침출수 및 공내수 시료를 채취하여 주요 이온의 농도, pH와 온도 및 안정동위원소조성(δ18O, δD, δ34S)을 분석하였다. 침출수의 수질은 폐석장 내부에서 황화광물의 산화가 활발하게 이루어지고 있는 것을 나타냈지만 공내수와 폐석침출수의 δ18O와 δD의 값들은 강수선과 평행하게 도시되어 폐석장에서의 내부증발현상은 인지되지 않았다. 폐석장내 황산화박테리아의 활동성을 확인하기 위해 수행된 황동위원소 분석결과, 건기와 우기에 채취된 폐석침출수(7.3~7.8‰) 모두 δ34S값이 빗물(건기 4.4‰, 우기 6.3‰)보다 높게 나타나 황동위원소 분석을 통해서만 보면 폐석장내 황산화박테리아의 활동성 평가는 어려운 것으로 판단된다. 하지만 황동위원소 분석과 함께 수행된 9K medium 배지를 이용한 배양실험 결과, 건기에 채취된 폐석침출수에 비해 우기에 채취된 폐석침출수에서 산화박테리아의 존재는 뚜렷하게 나타났다. 공내수와 침출수에 대한 산소동위원소의 조성을 이용하여 계산한 결과 폐석장 내로 유입되는 산소의 약 75%는 강우에서 유래한 것이며 대기에서 유래한 산소는 약 25% 정도인 것으로 추정되었다. 또한 사면과 가까울수록 대기의 영향을 더 많이(평균 약 37~38%) 받은 것으로 조사되었다.

석탄광 폐석적치장에서의 산성 암석 배수 발생 평가 연구

이현석,고주인,지상우,김선준,정영욱 한국자원공학회 2006 한국자원공학회지 Vol.43 No.5

Waste rock dumps of two abandoned mines(the S-J and the D-W) and also of an operating mine (the K-S mine) were analyzed with the objective of assessing Acid Rock Drainage (ARD) in terms of seepage and its characteristics. In the study, it was also attempted to see whether the seepage has potential health hazard. The results of the study to ARD generation assessment in the abandoned mine case show that Net Acid Producing Potential (NAPP) of the S-J mine can be as high as 180.24 ㎏ H2SO4/t equivalent of acidity. NAPP of the D-W mine was measured having acidity of 20.99 ㎏ H2SO4/t. The case of K-S mine currently being operated was compared with the two study areas of the S-J and the D-W mines. NAPP of the K-S mine appeared low with 11.47 ㎏ H2SO4/t but was confirmed that the ARD generation potential exists. In the results of seepage analysis, pH data ranged from 2.18 to 3.31 and high concentrations of Fe, Al, Mn, SO4-2 in the S-J mine and the D-W mine of waste rock dump were found out. This result shows that the water resources surrounding waste rock dumps are likely to be affected by this seepage posing health hazards. The pH of seepage (4.33~4.56) in K-S mine waste rock dump was high compared to other two study areas. But concentrations of Al, Mn, and SO42- appeared about 20, 40, and 2500 mg/l respectively. Therefore, it was concluded that waste rock dump of K-S mine drainage without treatment can generate significant pollution. A comprehensive environmental management plan is also necessary to control the problems of drainage. 폐광된 광산의 폐석적치장과 가행중인 광산의 폐석적치장을 대상으로 폐석의 산 발생 특성 및 침출수의 특성을 분석하여 폐광 후에 진행될 수 있는 광해 발생을 예측해 보았다. 폐석의 산 발생 평가 결과 이미 폐광된 S광산 J광업소의 경우 최대 순 산 발생 능력(NAPP)이 180.24 ㎏ H2SO4/t 로 높게 나타났으며, D-W광산의 경우도 마찬가지로 최대 순 산 발생 능력이 20.99㎏ H2SO4/t 로 높게 조사되었다. 현재 가행중인 K광산 S광업소는 두 연구지역에 비해 최대 순 산 발생능력이 11.47 ㎏ H2SO4/t 로 낮게 조사되었지만 ARD 발생 암석이 존재하는 것으로 나타났다. 침출수 조사 결과 S광산 J광업소와 D-W광산의 폐석적치장에서는 pH가 2.18~3.31의 범위를 갖고, 고농도의 Fe, Al, Mn 및 SO42-함량을 보이는 침출수가 하부로 유출되고 있었으며, 이로 인하여 주변수계에서 적화현상(Yellowboy)을 확인할 수 있었다. K광산 S광업소의 폐석적치장 하부에서도 pH가 4.33~4.56으로 다른 두 연구지역에 비해 높긴 하나, Al, Mn 및 SO42-의 농도가 각각 약 20, 40, 2500mg/l로 오염된 침출수가 유출되고 있다. 따라서 K광산 S광업소의 폐석적치장을 현 상태로 조치 없이 방치한다면 폐광 후 지속적인 침출수의 유출에 의한 환경오염문제가 유발될 우려가 있다. K광산 S광업소를 비롯한 가행중인 대형 탄광들에 대해서 가행단계에서부터 폐석적치장으로부터의 산성배수의 발생에 대한 예측을 수행한다면, 적절한 관리방안을 마련함으로서 폐광 후 발생할 수 있는 산성침출수에 의한 광해에 대해 대비 할 수 있을 것이다.2006년 8월 10일 접수, 2006년 9월 19일 채택1) 한국지질자원연구원 지질환경재해연구부2) 한양대학교 지구환경시스템공학과*Corresponding Author(이현석)E-mail; kamuixc@hanmail.netE-mail; Korea Institute of Geoscinece and Mineral Resources 30, Gajeong-dong, Yuseong-gu, Daejeon 305-350, Korea

자연정화처리시설의 SAPS 효율향상을 위한 유기물 평가 연구

김선준,고주인,이지은 한국자원공학회 2006 한국자원공학회지 Vol.43 No.3

To improve problems related to organic materials of SAPS(Successive Alkalinity Producing Systems) in passive treatment systems, batch tests using various organic materials were carried out. As a result, mixture of spent mushroom compost with sewage sludge and mixture of spent mushroom compost with oak chip compost exceeded other mixture in batch tests in terms of pH control, ORP(Oxidation Reduction Potential) control, COD(Chemical Oxygen Demand) control, sulfate removal ratio, iron removal ratio, and aluminum removal ratio. The effluents of reactors filled with these mixtures maintained pH of about 6 and ORP of under -200mV. The COD of effluents in early stages of operations were reduced by up to 35% more than that of reactor which used only spent mushroom compost. Besides, they showed higher sulfate removal ratio by about 50%, and showed iron and aluminum removal ratios higher than 93% and 98%, respectively. Base on the result from the batch tests, laboratory scale IASRS(In-Adit-Sulfate- Reducing-System) model experiments were also carried out, adopted the new mixture of sewage sludge and oak chip compost in addition to spent mushroom compost. Addition of sewage sludge and oak chip compost reduced COD of effluents from the IASRS by 18% and 14%, recording 4,210mg/l and 3,340mg/l respectively. The sulfate removal ratio of each system showed 51% and 48% respectively while that of the system which used spent mushroom compost only was 41%. SAPS와 관련된 문제점을 개선하고 자연정화처리시설의 처리효율을 높일 수 있는 유기물원을 개발하기 위해 다양한 유기물에 대한 batch test를 통해 적절한 유기물을 선정하고 이를 이용하여 갱내황산염환원시설 모형실험을 수행하였다. batch test 실험 결과, 버섯퇴비와 하수슬러지 혼합 반응조와 버섯퇴비와 참나무퇴비 혼합 반응조가 pH, ORP, COD 및 황산염, 철, 알루미늄 제거율의 6 가지 항목 모두에서 안정적인 효율을 보였다. 이들 반응조의 유출수는 계속적으로 6 정도의 안정적인 pH를 보였으며, ORP 역시 -200mV 이하로서 환원환경이 잘 유지되는 것으로 나타났다. 또한 이들 반응조에서의 초기 COD 배출량은 버섯퇴비 반응조보다 약 35% 가량 줄었고, 황산염제거율도 50% 내외로 높았으며 철과 알루미늄의 제거율도 각각 93%, 98% 이상을 나타냈다. 갱내황산염환원시설 모형실험 결과, 버섯퇴비와 하수슬러지 혼합 시스템과 버섯퇴비와 참나무퇴비 혼합 시스템은 유출수에서 각각 4,210mg/l, 3,340mg/l의 COD 농도를 보여 버섯퇴비만을 사용한 기존 시스템 유출수의 약 18%와 14% 정도의 낮은 COD를 배출하였다. 버섯퇴비와 하수슬러지를 혼합한 시스템과 버섯퇴비와 참나무퇴비를 혼합한 시스템의 황산염제거율은 약 51%와 48% 내외로 수렴하였고, 기존 시스템에 비해 모두 황산염 제거율이 약 10% 향상된 황산염제거율을 보였다. 이는 기존 갱내황산염환원시설의 가동 초기 고농도의 COD를 보이는 방류수 문제와 유기물원의 빠른 고갈 문제를 동시에 해결할 수 있음을 지시한다.

광산지역 환경오염 현황 및 방지ㆍ복원기술

백승한,고주인,이진수,권현호 한국지반환경공학회 2008 지반환경 Vol.9 No.4

폐석탄광산 농경지(논) 토양개량복원 시 복토두께 조정에 따른 비소의 벼 전이효과 현장실증

고일하,권요셉,고주인,지원현 한국환경영향평가학회 2023 환경영향평가 Vol.32 No.3

폐석탄광산 주변 농경지의 주요 토양오염물질은 비소이며, 폐금속광산과는 달리 그 오염수준이 관련 환경기준을 경미하게 초과하는 특성을 가진다. 이에 선행연구에서는 폐석탄광산 농경지의 토양개량·복원사업(안정화 처리 및 복토층 조성) 시 복토층 두께를 기존 40 cm에서 20 cm 두께로 낮추는 방안의 적용성을 실내 포트실험으로 확인한 바 있다. 금번 후속연구에서는 본 방안을 실제 농경지에서 벼 재배를 통해실증하였다. 4개월이 넘는 벼 재배기간 중 쌀알로 전이된 비소의 농도는 20 cm 두께의 복토 시 44% 이상의 전이감소율을 보였다. 특히 오염된 원지반을 안정화 처리한 후 복토한 경우엔 이의 감소율이 56%까지증가하였다. 따라서 본 실증연구를 통해 복토층 두께 20 cm의 적용성을 확인하였고, 이는 곧 복토재 사용량 감소로 인한 사업비 절감도 가능함을 시사한다.

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.

토양의 중금속 오염평가를 위한 토양용출법 조사

한협조,고명수,고주인,이종운 한국자원공학회 2020 한국자원공학회지 Vol.57 No.5

Environmental geochemists have attempted to select proper soil extraction methods that deeply reflect the bioavailability, phytoavailability, and geochemical mobility of elements for the assessment of heavy metal contamination in soil. However, they are faced with complications during the process due to the complexity of heavy metal forms in soil and diversity in existing soil extraction methods. The present study summarizes the information on soil contaminated with heavy metals in Korea and current research trends on various single and sequential extraction techniques through a literature survey. This work is expected to serve as a fundamental reference for researchers to select an appropriate extraction method for evaluating bioavailability, phytoavailability, and geochemical mobility of heavy metals in soil. 중금속에 의한 토양 오염도를 평가하기 위하여 환경지구화학자는 생물학적 이용가능성, 식물학적 이용가능성, 지구화학적이동도를 잘 반영할 수 있는 토양용출법을 선택하기 위하여 노력한다. 그러나 중금속은 토양 내에서 다양한 형태로 존재할 뿐만 아니라 제안된 토양용출법 또한 매우 다양하여 적절한 용출법을 선택하기 어렵다. 이 연구에서는 문헌 조사를 통하여 국내 중금속 오염토양과 다양한 단일 및 연속추출법에 대한 최근 연구동향 정보를 정리하였다. 이러한 내용은 연구자들이 토양 내 중금속의 생물학적이용가능성, 식물학적 이용가능성, 지구화학적 이동도 평가를 위한 적절한 용출방법을 선별하는데 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 기대한다.

건설현장에서 발생되는 산성암석배수의 발생 예측

백승한,지상우,정영욱,김윤상,고주인,김선준,임길재,이현석 한국자원공학회 2007 한국자원공학회지 Vol.44 No.1

본 해설논문에서는 건설현장에서 발생되는 산성암석배수(Acid Rock Drainage, ARD)에 의한 국내외의 피해사례와 산성암석배수의 발생을 예측할 수 있는 산발생 능력 시험방법에 대해 살펴보았다. 또한 국내 건설현장에서 이러한 시험방법의 적용 사례를 검토하였다. 국내 산성암석배수의 발생과 관련된 산발생 능력 시험 중 현장에서 많이 사용되는 방법은 정적인(static) 방법으로, paste pH 시험과 산 염기 평가(Acid Base Accounting, ABA) 시험 및 순 산발생량 평가(Net Acid Generation, NAG) 시험 등이 있다. 이는 정적인 방법이 동적인(kinetic) 방법보다 비교적 빠르게 산발생 능력을 평가할 수 있어, 공사기간이 정해진 건설현장에서 적용성이 높기 때문으로 판단된다. 국내 건설현장에서 진행되고 있는 산발생 능력 평가의 해석은 주로 ABA 시험과 NAG 시험의 결과를 결합하여 해석하고 있다. 이는 단독시험 결과보다 정확한 산발생 능력을 평가할 수 있기 때문이다. 산발생 능력 시험을 통한 ARD 발생 예측으로, 향후 건설현장에서 발생될 수 있는 경제적 손실을 줄일 수 있으며, 주변 환경오염 문제를 보다 완화시킬 수 있을 것으로 기대된다. This paper presents the damage cases caused by Acid Rock Drainage (ARD) in construction sites, and also acid generation potential tests that can predict the generation of ARD are introduced. Acid generation potential tests are classified into two groups, static test and kinetic test. The static tests such as paste pH test, Acid Base Accounting (ABA) test and Net Acid Generation (NAG) test are widely used among them. This means that static test (ABA test, NAG test) is more applicable in construction site than kinetic test because of simplicity and construction period. The application of the proposed ARD prediction methods would reduce economic costs and the related environmental pollution problems.