수리지질계에서 지질매체에 따른 오염물질의 수리분산에 관한 실험적 연구 : 화강암질암에서 Sr과 Cr-EDTA의 흡착 및 확산에 관한 연구

Experimental Study on the Hydrodynamic Dispersion of Contaminants in Geologic Media : Adsorption and Diffusion of Sr and Cr-EDTA in Granitic Rocks

수리지질계에서 지질매체에 따른 오염물질들의 분산 거동을 알아보기 위하여, 흡착 오염물질로서 Sr과 비흡착 오염물질로서 Cr-EDTA를 대상으로 화강암질암에 대한 흡착 및 확산실험을 수행하였다. 분리된 광물 및 파쇄된 암석에 대한 Sr 흡착은 pH가 증가함에 따라 더불어 증가됨을 보여준다. 또한, 용액내의 NaCl의 농도가 증가하면서 이온세기가 높아지게 되면, 시료에 흡착되는 Sr의 양은 급격히 감소하였다. 분리된 광물 시료 중에서는 흑운모와 견운모가 석영, 사장석 및 칼리장석과 같은 다른 조암광물에 비하여 Sr을 훨씬 많이 흡착하였는데, 이는 일반적으로 층상 규산염광물들이 다른 조암광물들보다 비표면적과 양이온 교환능력이 훨씬 크기 때문인 것으로 판단된다. 동일한 암석인 경우, 비흡착 물질과 흡착 물질간의 고유확산계수 값에는 거의 차이가 없었다. 이는 암석의 고유확산계수가 암석과 유체 상호간의 화학반응에 거의 영향을 받지 않음을 암시한다. 또한 암석의 고유확산계수는 공극률이 커질수록 큰 값을 보여준다. 암석의 두께가 두터워질수록 전정상정류구간(pre-steady state region)에서의 실험자료와 이론적으로 계산된 곡선 사이와의 불일치 정도는 감소하는 경향을 보여주는데, 이는 사공극 확산효과(dead-end pore diffusion effect)가 암석의 두께가 두꺼워질수록 줄어듦을 의미한다.

To investigate the migration behavior of contaminants in rocks. adsorption and diffusion experiments for Sr as a sorbing contaminant and for Cr-EDTA as a non-sorbing contaminant were carried out on granitic rocks. The Sr adsorption on separated minerals and crushed rocks tends to slightly increase with increasing pH. It also greatly decreases with the increase of ionic strength in NaCl solution. Among separated minerals, biotite and sericite have adsorbed much more amount of Sr than other rock-forming minerals, such as quartz, plagioclase, and potassic feldspar, because the specific surfaces and cation exchange capacities of phyllosilicates are generally much greater than those of the other rock-forming minerals. The intrinsic diffusion coefficients of Cr-EBTA for granitic rocks differ little from those of Sr. This indicates that they are independent of water-rock interactions. Experimental data show that the intrinsic diffusion coefficients are positively correlated with the porosities of the rocks. They are close to the theoretically predicted values, especially in pre-steady state diffusion region, with the increase of rock sample thickness.