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.

강원도 폐탄광 산림복구지 관리방안 도출을 위한 산림복구후 시간경과에 따른 토양 화학적특성 분석

정문호(Mun Ho Jung),고주인(Ju In Ko),박관인(Gwan In Bak),지원현(Won Hyun Ji) 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.4

본 연구는 강원지역 폐탄광 산림복구지에서 산림복구사업 후 시간경과에 따른 토양 화학적특성을 분석하여 관리방안 도출을 위해 수행하였다. 연구대상지는 강원도 정선군 5개 폐탄광과 영월군 3개 폐탄광 총 8개 폐탄광 산림복구지였으며, 경과시간별로 총 11회에 걸쳐 토양 화학적 특성을 분석하였다. 분석항목은 토양 pH, TOC, 총질소, 탄질률, 유효인산 등 5개 특성이었다. 분석결과 토양 pH와 유효인산 함량은 시간경과에 따라 감소하는 경향을, TOC와 총질소 함량, 탄질률은 증가하는 경향을 보였다. TOC와 총질소는 10년 경과시 폐탄광 산림복구를 위한 복토재의 품질기준을 만족하였으며, 토양 pH는 품질기준보다 낮아졌다. 따라서 산림복구사업후 토양 화학적 특성에 대한 장기모니터링 및 이를 통한 사후관리방안 수립이 필요하다. The objectives of this study were to analyze of soil chemical characteristics of abandoned coal mine forest rehabilitation areas in Gangwon-do. The study sites were 8 areas and the investigations were performed 11 times according to elapsed time. Soil characteristics were soil pH, TOC, Total-N, C/N ratio, and Av. P2O5. Soil pH and Av. P2O5 were decreased according to elapsed time after forest rehabilitation, while TOC, Total-N, and C/N ratio increased. TOC and Total-N arrived at quality requirements of covering soil for forest rehabilitation in abandoned coal mine area passed 10 years after forest rehabilitation, while soil pH became lower than that. Therefore, it needs long-term monitoring of soil chemical characteristics after the forest rehabilitation and to establish post management.

광산지역 수은 오염토양 안정화를 위한 석탄광산배수슬러지의 적용성 평가

고일하,권요셉,문덕현,고주인,지원현,Koh, Il-Ha,Kwon, Yo Seb,Moon, Deok Hyun,Ko, Ju In,Ji, Won Hyun 한국지하수토양환경학회 2020 지하수토양환경 Vol.25 No.1

This study assessed the feasibility of coal mine drainage sludge (CMDS) as a stabilizing agent for mercury contaminated soil through pot experiments and batch tests. In the pot experiments with 43 days of lettuce growth, the bioavailability of mercury in the amended soil and mercury content of the lettuce were decreased by 46% and 50%, respectively. These results were similar to those of the soil amended with the sulfide compound (FeS) generally used for mercury stabilization. Thus, CMDS could be an attractive mercury stabilizer in terms of industrial by-product recycling. Batch tests were conducted to examine mercury fractionation including reactions between the soil and acetic acid. The result showed that some elemental fraction changed to strongly bounded fraction rather than residual (HgS) fraction. This made it possible to conclude that mercury adsorption on oxides in CMDS was the major mechanism of stabilization.

세척공법을 이용한 광산주변 수은 함유 오염물질 처리 적용성 평가

권요셉,박소영,고일하,지원현,이진수,고주인,Kwon, Yo Seb,Park, So Young,Koh, Il Ha,Ji, Won Hyun,Lee, Jin Soo,Ko, Ju In 대한자원환경지질학회 2020 자원환경지질 Vol.53 No.4

본 연구는 국내 휴·폐금속광산 주변의 수은이 함유된 광물찌꺼기 처리 또는 수은으로 오염된 고형물질(토양, 퇴적물 등)의 정화를 위한 세척공법 적용성 평가를 위해 수행되었다. 이를 위해 수은을 함유한 광물찌꺼기에 대하여 입도분석과 단계별 추출시험을 실시하여 물리·화학적 특성을 고찰하고, 세척공법 적용성 평가를 위해 염산(HCl), 질산(HNO₃), 요오드화칼륨(KI) 및 티오황산나트륨(Na₂S₂O₃) 세척액을 활용한 실험실 규모의 세척시험을 실시하였다. 광물찌꺼기 시료의 입도분포는 #40 이하로 집중되며, #200 이하의 입도가 가장 높은 비율을 차지하였다. 단계별 추출시험 결과, 광물찌꺼기에는 원소 수은이 69.12%로 가장 높은 비율을 차지하고 있으며, 강한 결합 형태가 15.25%, 유기결합 및 잔류 형태 형태가 11.97%의 비율을 각각 차지하고 있었다. 광물찌꺼기에 함유된 수은의 세척 적용성을 검토한 결과, 질산(HNO₃)과 티오황산나트륨(Na₂S₂O₃)의 경우, 세척공법 적용성이 낮은 것으로 분석되었다. 염산(HCl)의 경우 #200 이상의 입도에서 수은 제거가 가능한 것으로 분석되어 물리적 선별 공정이 필요한 것으로 판단되었다. 요오드화칼륨(KI)은 모든 농도와 입도에서 우수한 화학적 세척효율 보였다. 특히, 미세입자에서도 우수한 수은 제거 효율이 확인되어 세척공법 적용성이 가장 높은 것으로 평가되었다. This study was carried out to evaluate the applicability of the soil washing process to remediation mercury-contaminated mine tailing or solid material (soil and sediments etc.) around abandoned mines. First, the physicochemical characteristics of mine tailing were analyzed through particle size analysis and sequential extraction. Secondly, laboratory scale washing experiments were performed using hydrochloric acid, nitric acid, potassium iodide and sodium thiosulfate. As a results of particle size analysis, mine tailing particle were concentrated below 40 mesh and the particle size below 200 mesh was the most analyzed. As a result of sequential extraction, elemental mercury fraction was analyzed as the highest with 69.12%, with strongly bound fraction 15.25% and residual and HgS fractions 11.97%, respectively. Laboratory scale washing experiments showed low applicability for nitric acid and sodium thiosulfate solutions. In case of hydrochloric acid solution, it was analyzed that mercury removal was possible at particle size of 200 mesh or more. Therefore, it is considered to be performed together with the physical sorting process. Potassium iodide solution was analyzed to have high washing efficiency at all concentrations and particle sizes. In particular, the mercury removal efficiency is high in the micro particles, and thus the applicability of the washing technology is the highest.

금-은 폐광산 광미의 수은 열적감량 특성

조수진 ( Soo-jin Cho ),서용칠 ( Yong-chil Seo ),이은송 ( Eun-song Lee ),고주인 ( Ju-In Ko ) 한국폐기물자원순환학회 2021 한국폐기물자원순환학회지 Vol.38 No.5

This study conducted thermal desorption experiments for the remediation of mercury-contaminated soils with a mercury concentration of 26.39 mg-Hg/kg from gold-silver mine tailings. The thermal desorption experiments were performed in a muffle furnace at a pressure of 1 atm in the temperature range from 300 to 700℃. In addition, indirect thermal treatment experiments were conducted by adding 20 g of homogeneous samples into the crucible for 1 to 30 min. The mercury concentrations of the residual samples were analyzed using EPA method 7471a. Based on the results of the analysis of mercury concentration in the thermal treatment, the thermal desorption characteristics of mercury contaminated tailings were analyzed using reaction rate theory. The reaction rate constants (k) were calculated from 1.3 × 10^-3 to 1.9 × 10^-2 sec^-1 with a change in the temperature conditions. The results revealed that k increased with increasing temperature. In addition, the calculated pre-exponential factor and activation energy were 0.118 sec^-1 and 2.76 kcal/gmol, respectively. Furthermore, the thermal treatment conditions required to achieve the 4 mg-Hg/kg criteria for Hg content were approximately 1,451 s at 300℃ and 992 s at 400℃.

석탄회를 이용한 석탄광산 폐기물의 안정화 효율성 평가

오세진(Se-Jin Oh),김성철(Sung-Chul Kim),고주인(Ju-In Ko),이진수(Jin-Soo Lee),양재의(Jae E. Yang) 한국토양비료학회 2011 한국토양비료학회지 Vol.44 No.6

본 연구는 다량의 중금속을 함유하는 폐석탄 광산에 적치된 폐석으로부터 발생하는 침출수의 안정화를 위해 석탄회를 안정화제로서의 적용성을 평가하는데 목적이 있다. 석탄폐석에 석탄회를 적용하여 컬럼시험을 수행한 결과는 다음과 같다. 1) 석탄회의 pH는 비산재와 바닥재가 각각 11.1, 9.7의 강알칼리성을 갖는 것으로 나타나 강산성 조건의 폐석 (pH 3.5)를 교정하였으며 유기물을 비롯하여 식물생장에 필요한 영양소인 인산, 칼슘 등을 함유하는 것으로 나타나 폐석과 혼합할 경우 비옥도가 개선될 수 있을 것으로 판단된다. 2) 폐석만을 충진한 컬럼에서 발생하는 침출수의 pH는 3.5~4.0의 수준을 시험기간 동안 지속적으로 유지하는 것으로 나타나지만, 석탄회의 처리량에 따라 40% (pH 5.0~6.0) 〉 20% (pH 4.5)로 나타나고, 동일 처리량 (40%)의 처리방법에 따른 효율성은 완전혼합 (pH& & 5.0~6.0) 방법이 층위처리 (pH 4.0~4.5)에 비해 pH 상승효과가 높은 것으로 조사되었다. 3) 침출수의 Ca과 Mg의 함량은 4 pore volume까지 빠르게 용탈되다 그 이후부터 안정화 되었으며 석탄회에서 용탈된 Ca과 Mg의 영향으로 폐석에 함유되었던 Cu, Pb, As, 및 Al 등이 탄산이온 (CO₃<SUP>2-</SUP>) 또는 수산화이온 (OH-)과 불용성 화합물을 형성하여 안정화 되는 것으로 사료된다. 4) 철의 용존함유량에 대한 분석결과 석탄회 처리구의 용존량이 석탄회를 40% 층위처리한 처리구를 제외하고 대조구에 비해 약 8-74% 정도 감소하는 것으로 조사 되었다. 5) 석탄회를 이용한 폐석의 중화 및 철의 용존량 감소 효율성을 평가한 결과 폐석의 중화 효율성은 석탄회를 40% 완전혼합한 경우 가장 높았으며 철의 용존량 감소 효율성은 석탄회를 20% 완전혼합한 경우가 가장 좋은 것으로 조사되었다. 따라서 석탄회를 이용하여 현장에서 폐석을 처리할 경우 약 20-40%의 석탄회를 처리해야 높은 효율성을 얻을 수 있을것으로 사료된다. In this study, coal combustion ash (CCA) was evaluated for its stabilization effect on acidic mine waste with column experiment. Total of six treatments were installed depending on mixing ratio between coal wastes and CCA (0, 20, 40%) and mixing method (completely mixing and layered). Artificial acidic rain (pH 5.6) was used for feeding solution with flow rate of 0.05 mL min<SUP>-1</SUP>. Result showed that higher pH of leachate was observed as more CCA was mixed. The highest pH in leachate was measured when 40% of CCA was mixed with coal waste (pH of 5.8). Also, complete mixing with CCA and coal waste was more effective to increase the pH of leachate than layered treatment. Regarding the reduction of soluble Fe amount, the highest efficiency (78%) was observed when 20% of coal ash was completely mixed with mine waste. Based on those result, optimum mixing ratio of coal ash with mine waste can be ranged 20-40% depending on environmental circumstances in the field.

제강슬래그, 레드머드를 이용한 비소 및 중금속 오염토양의 정화

이상환 ( Sang Hwan Lee ),이진수 ( Jin Soo Lee ),고주인 ( Ju In Ko ) 한국환경농학회 2009 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2009 No.1

인산질 비료에 의한 안정화 적용 토양 내 비소의 지구화학적 거동 변화

전용중(Yong-Jung Jeon),김범준(Bun-Jun Kim),고주인(Ju-In Ko),고명수(Myoung-Soo Ko) 대한자원환경지질학회 2022 자원환경지질 Vol.55 No.2

경작을 위해 토양에 공급하는 인산질 비료가 석회석을 이용한 안정화 적용 토양에서 비소의 용출에 미치는 영향을 회분식 실험과 칼럼실험을 통해 확인하였다. 토양은 폐석탄광인 옥동, 부국 탄광 주변 경작지에서 채취하였으며, 채취한 토양의 평균 비소 농도는 20.0 mg/kg으로 나타났다. 연속추출을 통해 비소의 지구화학적 이동성이 상대적으로 높은 토양을 선택하여 실험에 사용하였다. 석회석(3 wt%)과 토양을 혼합하여 안정화 적용 토양을 준비하고 농촌진흥청에서 제시한 경작지 토양 내 유효인산 기준을 바탕으로 인산질 비료(NH4H2PO4)를 토양과 혼합하였다. 이때, 석회석과 혼합하지 않은 비교토양을 준비하여 대조군으로 활용하였다. 토양으로부터 용출되는 비소의 농도는 인산질 비료의 공급량과 양의 상관관계를 나타냈다. 이러한 결과는 안정화 유무에 따라 큰 차이를 보이지 않았다. 용출액 내 인산염(PO4 3-)의 농도는 석회석을 혼합한 조건에서 상대적으로 낮은 결과를 보였는데, 이러한 결과는 PO43-와 석회석에서 용해된 칼슘 이온(Ca2+)의 결합침전에 의한 것으로 판단된다. 지속적으로 관개수를 공급하는 경작환경에서 인산질 비료가 비소의 용출에 미치는 영향을 확인하기 위해 칼럼실험을 진행하였다. 칼럼실험 초기 10 P.V.까지는 토양으로부터 비소의 용출량이 석회석 혼합조건에서 더 적었지만 이후에는 석회석 혼합조건과 상관없이 유출수의 비소 농도가 점차 증가하였다. 칼럼실험 이후 잔류토양을 건조시켜 연속추출을 실시한 결과 안정화 조건에 상관없이 실험 전 토양과 비교하여 상대적으로 이동 가능한 형태의 비소의 분율이 증가하였다. 이러한 결과는 석회석을 이용하여 토양 안정화 공법을 적용하여도 경작과정에서 공급하는 인산질 비료에 의해 토양 내 비소의 지구화학적 이동도가 증가하여 안정화 효과가 감소할 수 있음을 보여준다. The purpose of this study was to confirm the dissolution of arsenic from the stabilized soil around abandoned coal mines by cultivation activities. Experimental soils were collected from the agricultural field around Okdong and Buguk coal mines, and the concentration of arsenic in the soil and the geochemical mobility were confirmed. The average arsenic concentration was 20 mg/kg. The soil with relatively high geochemical mobility of arsenic in the soil was used in the batch and column experiment. The limestone was mixed with soil for soil stabilization, and the mixing ratio was 3% of limestone, based on the soil weight. The phosphoric acid fertilizer (NH4H2PO4) was added to the soil to simulate a cultivation condition according to the Rural Development Administration s rules. Comparative soil without mixing limestone was prepared and used as a control group. The arsenic extraction from soil was increased following the fertilizer mixing amount and it shows a positive relationship. The concentration of phosphate in the supernatant was relatively low under the condition of mixing limestone, which is determined to be result of binding precipitation of phosphate ions and calcium ions dissolved in limestone. Columns were set to mix phosphoric acid fertilizers and limestone corresponding to cultivation and stabilization conditions, and then the column test was conducted. The variations of arsenic extraction from the soil indicated that the stabilization was effectible until 10 P.V.; however, the stabilization effect of limestone decreased with time. Moreover, the geochemical mobility of arsenic has transformed by increasing the mobile fractions in soil compared to initial soil. Therefore, based on the arsenic extraction results, the cultivation activities using phosphoric fertilizer could induce a decrease in the stabilization effect.

포스터 발표 : 토양환경 분야 ; 제강슬래그, 레드머드를 이용한 비소 및 중금속 오염토양의 정화 (초)

이상환 ( Sang Hwan Lee ),이진수 ( Jin Soo Lee ),고주인 ( Ju In Ko ) 한국환경농학회 2009 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2009 No.2

폐탄광지역 비소오염 농경지(논) 개량 시 복토두께에 따른 비소의 벼전이 및 토양용액 특성

고일하(Il-Ha Koh),권요셉(Yo Seb Kwon),정문호(Mun-Ho Jeong),고주인(Ju In Ko),박관인(Gwan-In Bak),지원현(Won Hyun Ji) 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.4

본 연구에서는 폐금속광산과는 달리 우려기준 전후의 낮은 비소 오염농도 분포특성을 가지는 폐석탄광산 농경지 토양을 대상으로 광해방지사업(토양개량·복원사업) 시 복토층의 두께 감소 가능여부를 벼를 식재한 담수형 컬럼실험을 통해 검토하였다. 담수 후 4개월 동안 토양용액의 pH, EC, ORP 및 무기원소(Fe, Mn, Ca, As) 농도를 모니터링한 결과 컬럼하층에서 상층으로 미치는 영향은 높지 않은 것으로 나타났다. 복토 두께에 따른 비교에서도 하층의 영향보다는 복토층 두께 변화에 따른 ORP 변화가 복토재 무기원소의 거동에 영향을 미치는 결과를 보였다. 이러한 결과는 토양용액의 거동이 상하층간 반응의 영향보다는 각 층별 나타나는 토양의 이질성에 우선하여 나타난 것으로 판단되었다. 모니터링 종료시점에서 채취한 벼 뿌리의 비소 농도는 현행 사업 조건과 같은 40 cm 두께의 복토층을 조성한 경우 컬럼하층의 안정화 처리여부에 상관없이 대조구 대비 98%가 감소되었다. 20 cm 두께의 복토층에서는 오염토의 안정화가 없을 경우 58%, 안정화처리 시 80%의 전이감소 효율을 나타내었다. 따라서 오염 농경지 토양에 대한 적정 안정화 처리를 수행할 경우 복토재의 사용량을 감소시킬 수 있으며, 경제적인 사업수행효과도 이룰 수 있을 것으로 판단된다. This study was carried out to investigate the feasibility of reducing clean cover soil using a flooded column test in arseniccontaminated farmland reclamation of abandoned coal mine area that shows generally low or about worrisome level (25 mg/kg) of Korea soil environment conservation act unlike abandoned metal mine. During the monitoring period of soil solution for 4 months, chemical properties (pH, EC, ORP, Fe, Mn, Ca, and As) in each layer (clean soil cover and contaminated/stabilized soil) showed different variation. This result revealed that soil solution in stabilized or contaminated soil rarely affected that in cover soil. Whether stabilized or not, arsenic concentrations in the rice roots grown in the soil covers with the thickness of 40 cm decreased by 98% in compared with the that grown in the control soil. In case of the soil covers with 20 cm thickness on stabilized soil, it decreased by 80% and this was 22 percentage point higher than when the soil of lower layer was not stabilized. Thus, reducing clean cover soil could be possible in contaminated farmland soil reclamation if appropriate stabilization of contaminated soil is carried.