비소 산화 박테리아의 유전타입과 비소 독성 저감 연구

장진수(Jin-Soo Chang),김현정(Hyun-Jung Kim),김원석(Won-Seok Kim),이세용(Seyong Lee) 대한환경공학회 2024 대한환경공학회지 Vol.46 No.5

목적: 비소내성시스템 (arsenic resistance system: ars) 기능을 갖고 있는 비소 산화 박테리아 (Arsenite Oxidizing Bacteria: AOB)를 고농도의 비소로 오염된 폐광산에서 순수 분리하여 활용함으로써 비소 독성을 저감하고 생물학적 복원 가능성을 제시하는 것이 본 연구의 목적이다. 방법: 삼광광산에서 비소 내성 박테리아 균주들을 순수 분리하였고, 비소산화 효율이 높은 박테리아를 선별하였다. 순수 분리된 미생물의 비소내성시스템 유전자 탐지로 기능을 확인하였다. 각 균주의 비소 내성을 측정하였고 비소산화능력의 batch test를 5시간 간격으로 샘플링 하면서 총 50시간으로 실시하여 종 변환 및 독성 저감을 평가 하였으며, 비소 농도의 측정은 ICP-MS를 이용하였다. 결과 및 토의: 삼광광산의 총비소농도는 지점1에서 1,322 mg/kg으로 토양오염우려기준(50 mg/kg)을 26.4배 초과하였고 대책기준 (150 mg/kg)을 8.8배 초과하였으며, 다른 샘플링지점에서도 규제기준을 초과하여 적절한 처리가 시급하다. 비소의 생물학적 산화에 탁월한 3개의 박테리아 균주는 Alphaproteobacteria 강 (class)에 속하는 Agrobacterium tumefaciens EBC-SK1 (MF928870), Ochrobactrum anthrophi EBC-SK4 (MF928873), Ochrobactrum anthrophi EBC-SK12 (MF928881) 이다. 비소내성시스템 유전자는 리더 유전자인 arsR과 arsD가 탐지되었고, 멤브레인 유전자인 arsB 유전자도 탐지되었다. arsB는 efflux/influx pumping system의 encoding에 관여하여 3가 아비산염 (arsenite)을 박테리아 세포 안으로 이동시킨다. 비소산화유전자 (aox)가 작동하여 3가 아비산염 (arsenite)을 5가 비산엔 (arsenate)으로 산화한다. 이러한 비소내성시스템 유전자 (ars genotype)의 조절작용을 통하여 비소 산화 박테리아는 독성이 강한 3가 아비산염 (arsenite)을 독성이 약한 5가 비산엔 (arsenate)으로 생변환 (biotransformation)한다. 결론: 삼광광산에서 효율이 우수한 비소 산화 박테리아를 확보하였다. 비소 산화 박테리아는 비소의 독성이 높은 환경에 내성을 가지며, 독성이 강한 As(III)을 독성이 약한 As(V)으로 생변환 (biotransformation)하여 폐광의 생물학적 복원에 핵심 역할을 수행한다. Objectives : The objectives of this study is bioremediation and detoxification of arsenite using arsenic resistance system (ars) genotypes of Arsenic Oxidizing Bacteria (AOB) isolated from highly As-contaminated mine. Methods : Bacterial strains that are resistant to arsenic were isolated from the Samkwang mine. The identification of AOB was conducted by analyzing the 16S rRNA gene using universal primers. To determine the genotypes of the arsenic resistance system (ars), specific primers were used for each gene. The extent of arsenic resistance was measured, and the efficiency of arsenite oxidation was assessed through a batch test. Arsenic concentration was measured using ICP-MS. Results and Discussion : The arsenic concentrations at site 1 of the Samkwang mine were found to be 1,322 mg/kg. This concentration is 26.4 times higher than the standard for soil pollution concerns (50 mg/kg) and 8.8 times higher than the standard for soil pollution measures (150 mg/kg). The appropriate remediation is studied such as bacterial remediation. The three efficient AOBs were identified as Agrobacterium tumefaciens EBC-SK1 (MF928870), Ochrobactrum anthrophi EBC-SK4 (MF928873), Ochrobactrum anthrophi EBC-SK12 (MF928881), respectively. The arsenic resistance system (ars) genotype were detected, which is the leader genes of the arsenic oxidation system (arsR and arsD), and the membrane gene (arsB). The arsB is involved in the encoding of the efflux/influx pumping system and moves arsenite into the bacterial cells. Arsenite-oxidizing (aox) genes are activated to oxidize arsenite into arsenate. The AOBs biotransform arsenite to arsenate with the regulation of ars genes, which detoxify highly As-contaminated mine. Conclusion : The AOBs from Samkwang mine are known for their resistance to highly toxic arsenic environments. They play a crucial role in the bioremediation of abandoned mines by transforming As(III) into As(V) through biotransformation.

나노 크기 적철석 입자 피복 모래를 이용한 비소 3가와 비소 5가의 제거

고일원,이상우,김주용,김경웅,이철효 한국지하수토양환경학회 2004 지하수토양환경 Vol.9 No.1

금속광산 일대의 비소오염 지중 복원기술로써 투수성 반응벽체의 흡착제로 철산화물인 적철석 피복 모래의 적용가능성을 평가했다. 이를 위해서 흡착곡선실험, 비소제거속도실험 및 컬럼내 비소 제거 실험을 통해서 철산화물 피복 모래에 의한 비소 3가와 비소 5가의 제거 효율 및 유동환경에서의 비소 제거능력에 대해 고찰하였다. 적철석 피복 모래는 1.0 mg/L 수준의 낮은 비소 농도에서 높은 흡착력을 보이는 선형 등온 흡착곡선을 보였다. 컬럼실험에서 높은 피복모래의 안은 비소제거효율을 높였으나, 비소 3가가 비소 5가보다 흡착력이 떨어지고 지하수의 유동적인 환경에서 비소의 물리적 확산 현상으로 흡착반응속도의 저하 때문에 제거양이 감소했다. 따라서, 유동적인 환경에서 피복모래의 상대적인 양, 비소화학종의 흡착력, 흡착반응속도가 제거 효율을 좌우했다. Hematite-coated sand was examined for the application of the PRB (permeable reactive barrier) to the arsenic-contaminated subsurface in the metal mining areas. The removal efficiency of As in a batch and a flow system was investigated through the adsorption isotherm, removal kinetics and column experiments. Hematite-coated sand followed a linear adsorption isotherm with high adsorption capacity at low level concentrations of As (<1.0 mg/L). In the column experiments, high content of hematite-coated sand enhanced the removal efficiency, but the amount of the As removal decreased due to the higher affinity of As (V) than As (III) and reduced adsorption kinetics in the flow system. Therefore. the amount of hematite-coated sand, the adsorption affinity of As species and removal kinetics determined the removal efficiency of As in a flow system.

울산광산 주변지역 수계에서 유기 및 무기 비소 종 분포

김연태,우남칠,윤혜온,윤철호,Kim, Youn-Tae,Woo, Nam-Chil,Yoon, Hye-On,Yoon, Cheol-Ho 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.6

비소 오염이 심각한 것으로 알려진 울산광산과 인근지역의 수환경에 대한 비소 오염도와 종 분포 특성을 조사하였다. 채취한 광산 내 지하수 시료의 62%에서 우리나라 먹는물 수질 기준인 0.05 mg/l를 초과하는 비소 농도가 검출되었다. 비소는 모두 무기종으로, As(V)가 우세하고 일부 지점에서 As(III)이 검출되었다. 지하수 내 비소는 관측정을 통한 산화환원환경의 변화로 인해 새로운 평형으로 이동하는 과정 중으로 유추된다. 주변수계는 울산광산과 천곡약수가 비소의 주 오염원으로 파악되며, 지하수와 하천수 시료의 $30{\sim}33%$가 총 비소농도 0.05 mg/l를, $60{\sim}67%$ 시료가 0.01 mg/l를 초과하였다. 특히 천곡약수는 0.345 mg/l의 비소 농도를 보여 먹는물 수질기준의 7배에 달하는 오염도를 보인다. 지하수와 천곡약수에서 비소는 모두 As(V) 형태로 존재하였으나, 농도가 높은 일부 지점에서는 As(III)이 검출되었다. 한 지점에서는 DMA, AsB와 같은 유기비소가 소량 검출되어, 비소의 종 변이 또는 유기적 기작의 관련성을 제시한다. Distribution and speciation of arsenic in water resources was investigated in the Ulsan mine area. In 62% of uoundwater samples from the mine area, total As concentrations exceeded 0.05 mg/l, the Korean Drinking Water Standard. As(V) was the major type in groundwater with minor As(III). Arsenic species appeared to be in transition stages following redox changes after exposure to the air through the monitoring wells. In areas around the mine, the mine and Cheongog spring appeared to be the sources of arsenic contamination of water resources. The spring showed 0.345 mg/1-As, as much as seven times of the Korean standard. Groundwater and stream samples showed As-concentrations greater than 0.05 mg/l in 30% and 33% samples, respectively, and 60 and 67% of samples exceeded 0.01 mg/l of WHO guideline, respectively. Again, As(V) was a dominant species, however, several samples had As(III) in appreciable levels. In one stream sample, organic species including DMA and AsB were detected in low levels, probably resulted from transformation or related biogeochemical processes.

생용출과 전기동력학을 연계한 통합기술을 이용한 비소 오염 토양의 정화

이근영,김경웅,김순오,Lee, Keun-Young,Kimg, Kyoung-Woong,Kim, Soon-Oh 한국지하수토양환경학회 2009 지하수토양환경 Vol.14 No.2

본 연구의 목적은 국내 폐광산 지역 광미 등과 같은 비소 오염토양을 효과적으로 정화할 수 있는 생물학적 기술과 물리화학적 기술을 연계한 통합 기술을 개발하는 것이다. 이를 위해 폐광산이 송천 광산에서 비소를 다량 함유하고 있는 광미를 채취하여 비소와 중금속 함량을 정량적으로 분석하고 광미의 다양한 물리화학적 특성과 광물조성 등를 파악하였다. 그리고 광미 내 존재하는 비소와 중금속 종들의 존재형태별 상대함량을 분석하여 각 원소들의 용출성과 이동도를 예측하기 위하여 연속 추출법을 이용하였다. 이러한 광미와 광미내 존재하는 비소 및 중금속 오염물질의 기본적인 지구화학적 분석 자료를 바탕으로 비소의 생용출 (bioleaching)에 대한 컬럼실험을 수행하였다. 그리고 생용출과 전기동력학적 공정을 연계한 통합공정으로 비소를 제거한 실험을 실시하여 전기동력학 단일공정만 적용했을때와의 비소의 제거효율을 비교하여 통합공정의 적용 가능성을 평가하였다. 연구결과, 동일한 조건에서44일간 운전하였을 때 전기동력학 공정만을 개별적으로 적용했을 ??와 생용출(28일)과 전기동력학 (16일) 기술을 연계한 통합공정을 적용했을 ??의 비소 제거효율은 각각 57.8%와 64.5%로 나타났다. 그리고 생용출 (28일)에 의한 비소 제거효율은 11.8%정도로 상대적으로 매우 낮게 나타나서, 생용출은 비소를 제거하기 위한 공정이라기보다는 비소의 이동도를 증가시키는 공정으로, 이후 연계하여 적용되는 전기동력학적 공정에 의한 비소의 제거효율을 향상시키는 것으로 판단된다. 특히 전기동력학 공정을 단독으로 적용했을 때보다 생용출 공정을 연계했을 때 비소의 제거 속도가 두 배 이상으로 증가하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 비교적 경제적인 생용출 공정을 충분히 적용한 후 전기동력학적 공정을 적용하게 된다면, 비소의 제거효율 분만 아니라 제거속도 또한 향상된다는 것을 뒷받침해 줌으로써 두 기술을 연계한 통합공적의 적용 가능성과 향상성을 입증한다고 하겠다. The objective of the study was to develop a hybrid technology integrating biological and physicochemical technologies to efficiently remediate arsenic contaminated lands such as abandoned mine area. The tailing soil samples contaminated with As at a high level were obtained from Songchon abandoned mine, and the content of arsenic and heavy metals as well as physicochemical properties and mineral composition were investigated. In addition, two sets of sequential extraction methods were applied to analyze chemical speciations of arsenic and heavy metals to expect their leachability and mobility in geoenvironment. Based on these geochemical data of arsenic and heavy metal contaminants, column-type experiments on the bioleaching of arsenic were undertaken. Subsequently, experiments on the hybrid process incorporating bioleaching and electrokinetics were accomplished and its removal efficiency of arsenic was compared with that of the individual electrokinetic process. With the results, finally, the feasibilty of the hybrid technnology was evaluated. The arsenic removal efficiencies of the individual electrokinetic process (44 days) and the hybrid process incorporating bioleaching (28 days) and electrokinetics (16 dyas) were measured 57.8% and 64.5%, respectively, when both two processes were operated in an identical condition. On the contrary, the arsenic removal efficiency during the bioleaching process (28 days) appeared relatively lower (11.8%), and the result indicates that the bioleaching process enhanced the efficacy of the electrokinetic process as a result of mobilization of arsenic rather than removed arsenic by itself. In particular, the arsenic removal rate of the electrokinetics integrated with bioleaching was observed over than 2 times larger than that obtained by the electrokinetics alone. From the results of the study, if the bioleaching which is considered a relatively economic process is applied sufficiently prior to electrokinetics, the removal efficiency and rate of arsenic can be significantly improved. Consequently, the study proves the feasibility of the hybrid process integrating both technologies.

비소오염지하수의 현장처리기술동향: 리뷰

방선백,최은영,김경웅,Bang Sunbaek,Choe Eun Young,Kim Kyoung-Woong 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.5

전 세계적으로 수많은 나라의 지하수에 용존 되어있는 비소는 매우 독성이 강한 오염물질이다. 이로 인해서 지하수에 있는 비소를 제거하기 위한 수많은 처리기술들이 개발되고 있다. 미국 환경청에서는 비소를 처리하기 위한 가장 적합한 기술로써 여러 가지의 기술들을 추천하고 있다. 미국 환경청의 분류를 기준으로 비소처리기술은 침전, 멤브레인, 이온교환 및 흡착의 네 가지 처리기술로 나눌 수 있다. 미국에서 최근 $50{\mu}g/L$에서 $10{\mu}g/L$로의 비소 음용수 기준의 개정은 비소오염지하수에 있는 비소를 제거하기 위한 기술의 선택과 적용에 많은 영향을 주고 있다. 침전기술은 비소처리를 위해서 가장 많이 이용되는 기술로 대규모 수처리 설비로 비소를 처리하는데 적용할 수 있는 있지만, 멤브레인, 이온교환 및 흡착기술은 소규모 수처리 시설에 사용된다 최근에 미국과 유럽에서는 설치비와 유지비가 적고 운전이 간편한 흡착기술을 이용한 소규모 비소처리 시설에 많은 관심을 가지고 있는 추세이다 비소로 오염된 지하수를 처리하기 위한 처리기술들의 원리와 비소제거에 영향을 미치는 인자 및 실제 처리시설들의 비소처리효율을 본 논문에서 소개하고자 한다. Arsenic is a significantly toxic contaminant in groundwater in many countries. Numerous treatment technologies have been developed to remove arsenic from groundwater. The USEPA recommends several technologies as the best available technology (BAT) candidates for the removal of arsenic. Based on the USEPA classification, arsenic treatment technologies can be divided into four technologies such as precipitation, membrane, ion exchange, and adsorption technology. The recent amendment of arsenic drinking water standard from 50 to $10{\mu}g/L$ in the United States have impacted technology selection and application for arsenic removal from arsenic contaminated groundwater. Precipitation technology is most widely used to treat arsenic contaminated groundwater and can be applied to large water treatment facility. In contrast, membrane, ion exchange, and adsorption technologies are used to be applied to small water treatment system. Recently, the arsenic treatment technology in the United States and Europe move towards adsorption technology to be applied to small water treatment system since capital and maintenance costs are relatively low and operation is simple. The principals of treatment technologies, effect factors on arsenic removal, arsenic treatment efficiencies of real treatment systems are reviewed in this paper.

비소로 오염된 폐광산 주변 토양에서 다양한 안정화제 사용에 따른 안정화 효율연구

고명수,김주용,방선백,이진수,고주인,김경웅 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.6

The stabilization efficiency for arsenic (As) in contaminated soil was evaluated by various soil additives such as lime stone, steel mill slag, PS Ball, apatite, GFO, AIH and iron-rich sludge collected from successive alkalinity producing system (SAPS). The soil samples were collected near Gubong mine which is abandoned Au-Ag mine area. Korean standard methods, toxicity characteristic leaching procedure (TCLP), synthetic precipitation leaching procedure (SPLP), aqua-regia digestion, cation exchange capacity (CEC), loss on ignition (LOI), and particle size distribution, sequential extraction were conducted for characterizations of contaminated soil and As. Total concentrations of As by aqua regia were up to 145 mg/kg in Chungyang soil. This result is twice higher than revised action value (75 mg/kg) in Korean soil standard. Easily extractable concentration of As by 1 N HCl was 58.7 mg/kg. According to the XRD results additives were divided by three groups including Ca-Mg materials, phosphate materials and iron materials. Approximately, 80% of As (V) and 30% of As (III) were reduced when steel mill slag was used as additive. More than 99% of As was removed in solution by iron materials such as GFO, AIH and iron-rich sludge within 24 hours. These results suggested that iron materials were effective additive for As stabilization and reuse of sludge could be possibly used as additive for As stabilization. The results of As stabilization tests showed that only iron materials could reduce leaching of As from soil. Ca-Mg materials and phosphate materials had less effect on As immobilization due to increase of pH and competition with phosphorous, respectively. Selection of additives played on important role in reducing the mobility and toxicity of As in contaminated soil. These results showed that iron material could be applied as the most effective additive on As stabilization. 비소로 오염된 토양에 석회석, 제강슬래그, PS Ball, 인회석, GFO, AIH, 광산슬러지 등 다양한 안정화제 공급을 통한 비소 안정화 효율을 확인해 보았다. 토양은 과거 구봉광산인근의 논토양에서 채취하였고 토양오염 공정시험법, TCLP, SPLP, CEC, LOI, 입도분석, 연속추출을 통해 토양 및 토양 내 비소의 특성을 파악하였다. 왕수분해를 통한 토양 내 비소 전함량을 확인한 결과 145 mg/kg으로 개정된 토양오염공정시험법의 1지역 대책 기준인 75 mg/kg보다 약 2배 높은 값을 보였다. 또한 1 N HCl을 이용한 산가용성 함량에서도 58.7 mg/kg으로 높은 값을 보여 시급한 대책이 필요하다. XRD 분석을 통해 실험에 사용한 안정화제를 광물학적 특성별로 각각 Ca-Mg 화합물, 인산염화합물, 철화합물 세 분류로 나누고 이를 이용하여 용액 내 As(V) 및 As(III)의 제거 실험과 토양 내 비소 안정화 실험을 진행하였다. 용액 내 비소 제거 실험에서는 Ca-Mg 화합물 중 제강슬래그가 As(V) 및 As(III) 각각 최대 80%, 30%에 달하는 제거율을 보였다. GFO, AIH, 광산슬러지로 구분된 철화합물을 이용한 실험에서는 대부분의 비소가 제거되어 24시간이 경과하자 용액 내 As(V) 및 As(III)는 확인되지 않았다. 이는 비소와의 흡착/공침전 반응에 철화합물이 가장 효과적인 물질임을 나타내며 특히 AMD 정화시설에서 발생하는 광산슬러지를 비소 안정화제로의 재사용 가능성을 보여주는 결과이다. 비소로 오염된 토양에 각각의 안정화제를 넣고 진행한 토양 내 비소 안정화 실험에서는 철화합물을 사용한 경우에만 토양으로부터 용출되는 비소가 감소하였다. Ca-Mg화합물과 인산염화합물의 경우 반응액의 pH 증가 및 비소와 인(P)의 거동특성에 의해 토양으로부터 비소의 용출을 가속화하는 결과를 보였다. 이상의 결과를 통해 볼 때 비소로 오염된 토양에서 비소의 이동성 및 독성 저감을 위해 안정화제의 선택이 매우 중요하며 철화합물이 가장 효과적인 안정화제인 것으로 확인되었다.

벼에서 비소(As) 흡수, 이온체 및 대사체 반응에 미치는 황(S) 시용 효과

정하일(Ha-il Jung),이태구(Tae-Gu Lee),채미진(Mi-Jin Chae),전상호(Sangho Jeon),김명숙(Myung-Sook Kim) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

비소(As)의 식물전이는 작물의 재배환경과 더불어 여러 이온들의 상호작용에 따라 흡수 및 축적되는 정도가 상이하게 나타난다. 비소는 농도에 비례적으로 생체 내의 광합성, 호흡작용, 물질대사, 항산화작용 등에 있어 중요한 기능을 담당하는 효소 또는 단백질의 교란으로 인하여 대사장애를 초래함으로써, 총체적인 식물생육에 심각한 악영향을 야기한다. 따라서 본 연구는 벼의 비소에 의한 식물독성경감을 위한 기초 및 응용 자료를 얻기 위해 황(S) 시용에 따라 비소의 식물흡수, 이온체 및 대사체 반응에 미치는 영향을 평가하였다. 수경재배된 신동진벼의 5엽기에 15 μM 농도의 비소(As)와 5 수준의 황 농도(0, 0.5, 1, 2, 4 mM S)을 처리하고 15일 후에 비소흡수량, 이온체 및 대사체의 변화를 확인하였다. 비소 무처리 하에서 황 시용 유무에 따라, 생장요소인 초장, 지상부 및 뿌리 건물중이 크게 감소했지만, 황 처리농도의 점진적인 증가에 비례적으로 생장량이 회복됨을 확인할 수 있었다. 또한 비소독성에 대한 황 처리수준의 증가에 따라 전체적인 생장요소들은 황 농도에 의존적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 비소흡수량과 축적량은 무처리 대비 황 처리의 모든 조직 (지상부 및 뿌리)에서 2배 이상 높게 나타났으며, 황 처리농도의 증대에 따른 극단적인 차이는 없었지만, 1 mM 이상의 황 농도에서 비소흡수량과 축적량이 많아짐을 확인할 수 있었다. 작물의 필수 영양원으로 이용되는 이온체들의 변화에 있어서도 총체적인 변화를 보였을 뿐만 아니라, 특히 몰리브덴(Mo)은 무처리 대비 황 처리에서 최소 45배 이상 높은 함량을 나타내었다. 그렇지만 비소처리가 무처리와 비교하여 지상부에서는 유의적으로 몰리브덴 함량이 높았던 반면 뿌리에서는 크게 감소됨을 확인할 수 있었다. 식물체 내에서 비소 무독화에 중요한 역할을 담당하는 PC(phytochelatin)는 무처리에 비해 황처리에서 상당히 높은 함량을 보였으며, 다양한 대사과정에 관련된 대사체들 또한 비소독성 하에서 황 처리에 따라 유의미한 변화양상을 보여주었다. 그러므로, 황 처리에 따라 식물체 내의 황 함량이 증진됨으로써, 함황아미노산인 시스테인(cysteine)과 글루타치온(glutathione, GSH)의 전구체인 감마-EC(ϒ-EC) 생성 또한 촉진됨으로, 항산화제의 역할과 PC의 전구물질로 이용되는 GSH가 상대적으로 많이 생성되었다. 이 과정에서 생성된 GSH는 비소에 의해 발생되는 과량의 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)을 소거할 것이고, 이와 더불어 식물세포 내에서 비소와 결합하여 액포로의 이동‧격리를 담당하는 물질인 PC를 많이 생성하기 때문에, 식물독성 경감과 더불어 비소의 흡수‧축적량이 유의적으로 크게 증대되었을 것으로 판단되었다. 이상의 결과를 바탕으로, 황은 비소에 의해 야기된 식물독성을 경감시킬 수 있는 하나의 영향인자가 될 수 있을 것이며, 황 시용량 조절에 따라 식물체 내로의 비소흡수‧이행을 조정할 수 있을 것으로 판단되었다.

영가철(Zerovalent Iron)과 제강슬래그를 이용한 비소(V) 및 록살슨(Roxarsone) 오염토양의 비소 안정화 효율 평가

임정은(Jung Eun Lim),김권래(Kwon Rae Kim),이상수(Sang Soo Lee),권오경(Oh Kyung Kwon),양재의(Jae E Yang),옥용식(Yong Sik Ok) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.6

다양한 오염원을 통해 토양에 유입된 비소는 작물을 통해 인체로 전이되어 심각한 질환을 유발한다. 특히 가금류 사료에 첨가되는 록살슨(roxarsone)의 경우 퇴비 중에 포함되어 토양으로 유입되면 독성이 강한 무기비소로 변환된다. 본 연구에서는 비소 오염토양의 안정화 공법 적용을 위해 산업부산물인 영가철과 제강슬래그를 투입하여 토양 내 비소의 안정화 연구를 수행하였다. 비소(무기비소)와 록살슨(유기비소)으로 오염된 토양에 영가철 및 제강슬래그를 0%(w/w), 1%(w/w), 3%(w/w), 5%(w/w) 처리하고 30일 간 반응시킨 후 비소의 저감정도를 살펴본 결과 왕수추출에 의한 비소의 총함량은 무처리구에서 비소 오염토양이 2,285mg/kg, 록살슨 오염토양이 6.5 mg/kg으로 나타났다. 1 N HCl 가용성 비소는 비소 오염토양의 무처리구가 1,351 mg/kg, 영가철 처리구가 713~1,034 mg/kg로 무처리구 대비 최대 40% 이상 감소하였다. 제강슬래그 처리구의 경우 1 N HCl 가용성 비소농도가 소폭으로 감소하였으며 5% 처리구(1,245 mg/kg)에서 통계적으로 유의성 있는 감소효과가 나타났다. 록살슨 오염토양에서는 영가철 1~5% 처리 시 비소의 농도가 0.69~3.13 mg/kg으로 처리 간에 유의성 있게 감소하는 경향을 나타내었으며 제강슬래그의 처리는 통계적으로 유의성 있는 감소효과는 발생하지 않았다. 특히 록살슨 오염토양은 영가철과 제강슬래그 처리 시 검출되는 비소의양이 무처리구보다 증가하는 것으로 나타나 유기비소인 록살슨이 무기비소로 변환되는 과정에서 영가철과 제강슬래그가 영향을 끼친 것으로 판단되었다. 0.01 M CaCl₂ 에 의한 추출(유효태 비소) 결과 비소오염토양의 무처리구 유효태 비소농도는 0.85 mg/kg, 영가철 5% 처리구에서 0.06 mg/kg로 무처리구 대비 90% 이상 감소하였다. 비소오염토양에 대한 제강슬래그 처리에서는 제강슬래그에 함유된 인과 토양 내 비소가 경쟁하면서 처리량이 증가함에 따라 비소농도가 증가하였다. 록살슨 오염토양의 경우 영가철과 제강슬래그 처리량 증가에 따라 비소의 농도가 감소하였으나 무처리구에 비하여 비소가 높게 검출되었다. 이는 토양에 투입된 영가철과 제강슬래그가 유기비소에서 무기비소로의 변환과정에 영향을 준 것으로 판단된다. 특히 토양 내 인산과 비소는 철에 대해서 경쟁반응을 하는데 이는 영가철 처리 시 검출되는 비소농도에 영향을 미친 것으로 판단되었다. The objective of this study was to evaluate the efficiency of zerovalent iron and basic oxygen furnace slag on arsenic stabilization in soils. For this, arsenic (V) contaminated soil and roxarsone contaminated soil were incubated after incorporation with zerovalent iron (ZVI) or basic oxygen furnace slage (BOFS) at four different levels (0%, 1%, 3%, and 5%) for 30 days and then the residual concentrations of arsenic were analysed following extraction with aqua reqia, 1N HCl and 0.01 M CaCl₂. The total concentration of arsenic was 2,285 mg/kg in the As(V) contaminated soil and 6.5 mg/kg in the roxarsone contaminated soil. 1 N HCl extractable arsenic concentration in the As(V) contaminated soil was initially 1,351 mg/kg and this was significantly declined by 713~1,034 mg/kg following incubation with ZVI while BOFS treatment showed no effect on the stabilization of inorganic arsenate except 5% treatment which showed around 100 mg/kg reduction in 1N HCl extractable arsenic. Similarly, in the roxarsone contaminated soil 1N HCl extractable concentration of arsenic was reduced from 3.13 mg/kg to 0.69 mg/kg with ZVI treatment increased from 1% to 5% while BOFS treatment did not lead to any statistically significant reduction. Available (0.01M CaCl₂ extractable) arsenic was initially 0.85 mg/kg in the As(V) contaminated soil and this declined by 0.79 mg/kg following incorporation with 5% ZVI, which accounted for more than 90% of the available As in the control. When As(V)-contaminated soil was treated with BOFS, the available arsenic was increased due to competing effect of the phosphate originated from BOFS with arsenate for the adsorption sites. For the roxarsone contaminated soil, the greater the treatment of ZVI or BOFS, the lower the available arsenic concentration although it was still higher than that of the control.

토양 세척법과 석회를 첨가한 토양 안정화 공법을 이용한 폐광산 주변 비소 오염 토양 및 하천 퇴적토 복원

이민희,이정산,차종철,최정찬,이정민 대한자원환경지질학회 2004 자원환경지질 Vol.37 No.1

비소로 오염된 고로폐광산 주변 농경지 토양과 하천 퇴적토에 대하여, 토양 정밀조사를 통하여 규명된 오염 면적과 오염 지도를 바탕으로 복원 공정 설계를 실시하였다. 실내 실험을 통하여 오염 농경지 토양에 대하여는 석회를 첨가한 토양 안정화 공법의 처리 효율을 검증하였으며, 오염 하천 퇴적토에 대하여는 토양 세척법의 처리 효율을 규명하였다. 비수몰지역의 오염 농경지 토양의 복원 효율을 규명하기 위하여, 비소 농도가 다른 폐광산 주변 농경지 오염 토양 4종류에 대하여 비소 용출률 배치 실험을 실시한 결과, 석회를 혼합한 토양의 비소 용출이 오염 토양을 그대로 이용한 경우보다 평균 5배 이하로 감소하였다. 댐 건설 후 수몰되는 지역에서 저수지 바닥으로부터 저수지 수계로 용출되어지는 비소의 용출률을 예측하고, 석회를 첨가한 복토를 실시한 경우 저수지 바닥에서 용출되는 비소의 용출률 감소를 규명하기 위하여 아크릴 칼럼(지름 18.9cm, 높이 30cm)을 이용하여 저수지 바닥에서의 비소 용출 모의 실험하였다. 실험 결과 복토를 실시하지 않은 오염 토양에서의 비소 용출률은 연간 약 3.05∼3.89%를 나타내었으며, 석회 1%를 혼합하여 복토한 경우 저수지 바닥으로부터 비소 용출률은 연간 0.11∼0.05%를 나타내어 석회를 혼합한 복토처리 시 저수지 바닥에서 수계로의 비소 용출은 약 40배 이상 감소 할 수 있는 것으로 나타나, 수몰된 농경지 복원에 매우 적절한 방법으로 사용될 수 있을 것으로 판단되었다. 토양 세척법을 이용하여 하천 퇴적토를 복원하는 경우, 세척 효율을 규명하기 위하여 하천 퇴적토 3종류에 대하여 초산, 구연산, 염산 각 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0N 수용액과 증류수에 대하여 각각 토양 세척 효율 배치 실험을 실시하였다. 실험 결과 염산과 구연산 용액으로 세척하는 경우 0.05 N에서 한 시료를 제외하고는 비소에 대하여 99.9% 이상의 제거 효과를 나타내었다. 결론적으로 비소로 오염된 하천 퇴적토는 적절한 세정용액을 이용한 세척과정에 의해서 충분히 제거 될 수 있는 것으로 나타나, 기존 오염 퇴적토 내 비소의 90% 이상을 효과적으로 제거할 수 있는 것으로 나타났다. 오염 지도에 근거하여 산출된 복원 물량에 대하여 토양세척법을 이용하는 경우 복원 비용을 산출하였으며, 이와 같은 자료는 고로폐광산 주변 오염 토양에 대한 실제 복원 공정의 설계에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. Removal efficiencies of soil washing and soil improvement processes to remediate farmland soils and stream deposits around Goro abandoned mine were investigated with batch and column experiments. For As-contaminated farm-land soils around Goro mine, batch tests to quantify As extraction rate from contaminated soils and lime treated contaminated soils were performed. The contaminated soil mixed with lime decreased As extraction rate less than one fourth, suggesting that the soil improvement method mixed with lime dramatically decrease As extraction rate. A storage dam will be constructed in the lower part of the main stream connected to Goro abandoned mine and the amount of As extracted from the bottom soils of reservoir could be the main source to contaminate water of reservoir. The decrease of As extraction amount from the bottom in reservoir, caused by the application of the soil improvement method was investigated from the physically simulated column experiment and results showed that As extraction rate decreased to one forty when 1% lime mixed soil improvement was applied to contaminated soils. For contaminated stream deposits connected Goro mine, the removal efficiency of the soil washing method was investigated with batch experiments. Hydrochloric acid, citric acid, acetic acid and distilled water were used as soil washing solution and 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0 N of washing solution were applied to extract As. When washing with 0.05 N of hydrochloric acid or citric acid, more than 99.9% of As was removed from stream deposits, suggesting that As contaminated stream deposits around Goro mine be successfully remediated with the soil washing process. Total volumes of contaminated soils and deposits needed for remediation were calculated based on three different reme-diation target concentrations and the operation cost of soil washing for calculated soil volumes was estimated. Results from this research could be directly used to make a comprehensive countermeasure to remediate contaminated area around Goro mine and also many contaminated areas similar to this research area.

광산배수 처리시설 부산물을 활용한 비소제거 메커니즘 연구

한영수 ( Young-soo Han ),지상우 ( Sangwoo Ji ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-

본 연구는 망간이 오염물질로 함유된 광산배수의 정화를 위해 설치된 사여과조의 모래에 시간이 흐르며 자연적으로 산화망간 피복이 형성된 폐여과사를 재활용하여 비소 오염수를 처리하는 처리제로 사용하기 위한 처리 효율 및 반응 메커니즘을 연구하였다. 망간산화물은 산화제로써 5가비소에 비하여 독성과 이동성이 높아 처리가 어려운 3가비소를 5가비소로 산화시키는 반응을 한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 광산배수 폐여과사의 3가비소 및 5가비소 처리에 대한 반응 메커니즘을 연구하였다. 이를 위하여 다양한 pH 조건에서 3가 및 5가비소와 반응한 실험배치의 비소제거 효율 및 용존 망간 농도를 측정하였다. 또한 폐여과사에 결합한 비소가 어떤 형태로 존재하는가를 알아보기 위하여 X-ray 흡수분광법을 사용하여 비소 및 망간의 산화상태를 분석하였다. 실험 결과는 폐여과사에 존재하는 망간산화물은 3가비소와 5가비소를 유사한 효율로 제거함을 보여주었다. 또한 용존 망간 농도는 3가비소 처리 배치와 5가비소 처리 배치와 비교했을 때, 3가비소 처리 배치에서 더 높은 농도의 망간이 용해되고 있음을 확인하였다. 이러한 현상이 나타난 이유는 폐여과사의 망간이 3가비소를 5가비소로 산화시키는 동시에 고체상의 산화망간은 용해성이 높은 2가망간으로 환원되어 녹아나오기 때문이다. X-ray 흡수분광 실험 결과는 이러한 예측과 일치하는 결과를 보여주었는데, 폐여과사와 결합한 비소의 형태가 3가 및 5가비소 처리 배치 모든 경우에서 5가비소의 형태로 존재하고 있음을 알 수 있었고, 망간의 경우 3가비소로 처리한 후의 망간의 산화상태가 초기 상태보다 약간 환원된 상태로 변화된 것을 보여주었다.