Abstract
To determine the apparent equilibrium constants, K$_{ad,app}$, for the adsorption reactions of trace metals on amorphous iron oxyhydroxide (AIO) in the Taebag coal mine area, time-adsorption and pH-adsorption experiments were performed for a selected bottom sediment mainly comprised of AIO from the study area. The results from the adsorption experiments indicate that most of the trace metals, except Pb, achieve equilibrium states with AIO and thus, the calculated K$_{ad,app}$ may represent the true apparent equilibrium constants. K$_{ad,app}$ and the stoichiometric coefficients of proton, x, of the adsorption reactions between the trace metals and AIO were respectively calculated from the intercepts and slopes of the regression lines of log($\Gamma$/ ［M］$_{aq}$)against pH provided by pH-adsorption experiments. The calculated K$_{ad,app}$ this study has the values of the range from 10$^{－4.5}$ to 10$^{2.75}$ , which is much different from the reported values by other investigators for simple experimental systems. K$_{ad,app}$ of this study is more or less close but not exactly pertinent to the estimated values for the other natural systems. It indicates that K$_{ad,app}$ for the adsorption reactions in the aquatic system in the study area is unique and thus should be determined befor the adsorption modelling. The calculated x of this study has the values of the range from -0.3 to 0.7, which is also much different from what most geochemists generally accept. The discrepancy in x may be due to the competition among different kinds of ionic species on the adsorption site or simulataneous occurrence of different kinds of adsorption reactions. The results from this study should help construct an appropriate adsorption model for the aquatic systems polluted by the coal mine drainage in the Taebag area. With the constructed model, one can describe the concentration variations of trace metals due to the adsorption in the system, which is an essential part of the investigation on the water quality affected by coal mine drainage in the Taebag coal field.
태백 탄전 지대에서 산출되는 비정질 철 수산화물 (AIO)에 대한 회귀 원소 흡착 반응의 총체적 평형 상수 $K_{ad,app}$를 계산하기 위해 시간-흡착 실험 및 pH-흡착 실험을 실시하였다. 이와 같은 두 실험 결과에 의하면, Pb을 제외한 모든 원소의 흡착 반응이 평형에 도달하여 계산된 $K_{ad,app}$값이 실제의 값일 가능성이 높음을 알 수 있다. 희귀 원소와AIO간의 흡착 반응에 대한 $K_{ad,app}$와 수소 이온의 반응 계수 x는 pH-흡착 실험 결과로부터 얻어진 log($\Gamma$/ ［ $M^{2＋}$］$_{aq}$ )와 pH에 대한 선형 희귀 식의 절편과 기울기로부터 계산되었다. 이 연구에서 계산된 $K_{ad,app}$는 $10^{－4.5}$에서 $10^{2.75}$ 범위의 값을 갖는데, 이는 다른 연구자들에 의한 단순 조성계에 대한 실험 결과와 많은 차이를 보인다. 이 연구에 의한 $K_{ad,app}$는 자연계의 다른 환경에서 평가된 것과 어느 정도 비슷한 값을 보이지만 정확히 일치하지는 않는다 이러한 사실은 연구 지역의 수계에서 $K_{ad,app}$가 독특한 그만의 값을 갖는 것을 나타내므로, 흡착 모델링 전에 반드시 연구 지역의 수계에 맞는 정확한 $K_{ad,app}$값이 평가되어야 함을 의미한다. 이 연구에 의한 x는 -0.3 내지 0.7의 값을 갖는데, 이 또한 일반적으로 지구화학자들 사이에서 받아들여지는 값과는 상당히 다른 것이다. 이러한 x값의 차이는 아마도 흡착 자리에 대한 다른 이온종간의 경쟁 또는 종류가 다른 여러 흡착 반응의 동시 진행에 의한 것으로 생각된다. 이 연구의 결과는 태백 지역에서의 탄광 폐수에 오염된 수계 내에서의 적절한 흡착 모델을 세우는데 도움을 줄 것이다. 이렇게 세워진 흡착 모델을 이용하여 수계 내에서의 흡착에 따른 금속 원소 함량 변화를 기술할 수 있을 것이며, 이는 태백 탄전 지역에서의 광산 폐수가 수질에 미치는 영향에 대한 연구에 중요한 부분이 될 것이다.
(Department of Geology, College of Natural Sciences, Kangwon National University)
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