Abstract
This study was carried out to find out potential use of ochre as an agent to reduce phosphorus content in water. Ochre is a by-product from treatment of acid mine drainage (AMD) which is composed mostly of $Fe_2O_3$, $Fe_2O_3{\cdot}H_2O$, $FeO{\cdot}OH$ and $Fe(OH)_3$. Three ochre samples (ochre-H, ochre-D and ochre-S) were collected from three treatment facilities in Gangwon province. Physico-chemical characteristics of three ochre samples including pH, electrical conductivity, total phosphorus, available phosphorus, particle size distribution were analyzed. Scanning electron microscopy (SEM) energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) analysis were also carried out. In addition, experiments for phosphorus removal from water was performed. Calcium content of ochre-H was higher than that of ochre-D and ochre-S, whereas iron content of ochre-H was lower than that of ochre-D and ochre-S. All the phosphorus in water up to maximum 191,411 mg $kg^{-1}$ per unit mass of ochre was removed with ochre-H. Ochre has immense potential as an agent to reduce phosphorus content in water.
본 연구는 산성광산배수 (AMD)의 처리 과정에서 생성되는 부산물 ochre의 이화학성, 광물학적 특성 및 환경 분야 활용 가능성을 확인하기 위해 수행하였다. 이를 위하여 적극적 처리법인 물리 화학적 정화 처리시설에서 생성된 ochre-H와 수동적 처리법인 자연 정화 처리시설에서 생성된 ochre-D, ochre-S의 특성을 비교 분석하였다. Ochre-H는 광물 내 침철석 (goethite) 함량 및 철 성분 함량이 다른 시료에 비해 상대적으로 낮게 나타났지만, 소석회 내 칼슘 이온의 인 흡착 능력과 상대적으로 높은 흡착 표면적 등이 장점으로 작용할 수 있다. 또한 환경 생태계의 중금속 오염 가능성이 희박하고 물리 화학적 정화 처리시설에서 균일한 특성의 ochre를 대량 생산할 수 있으므로 실용적이며, 경제성이 높을 것으로 판단된다. Ochre-H의 인 흡착 특성은 Freundlich 흡착등온식모델에 적합하였다. 또한 ochre의 흡착 특성이 단분자층 흡착이 아닌 여러 분자층으로 흡착되어 매우 높은 흡착량을 가지기 때문에 인 출현곡선 (BTC)은 1이 아닌 0.3~0.4 상대농도 범위에서 평형에 도달하였다. 실제로 물 중 인 제거 능력을 평가한 실험에서 인 농도 외에 다른 오염원이 존재할 것으로 예상되는 수질 시료의 경우를 제외한 나머지 시료에서는 수질 및 수생태계 생활환경기준상의 인 농도 I 등급 기준치 이하로 검출되어 정화능력이 우수함을 확인하였다. 또한 정화 처리 과정 중 ochre내의 철 성분이 수질 내로 용출되는 양은 많지 않은 것으로 나타났다. 실험을 통하여 확인한 ochre의 높은 인 제거능력을 이용하여 부영양화 현상에 대한 정화제로 환경 분야에 적용하기 위해서는 오염원이 유입되는 하천 등의 위치를 정확히 파악한 후, 현장에 필터 형태의 pilot을 제작하여 설치하는 것이 중요하며, 또한 슬러지의 일종인 ochre 내 철 등으로 인한 수질오염의 발생 여부를 확인하여 유해하지 않음이 검증되어야 한다.
