Brucite Treatment to Reduce Phosphorus Release from Polluted Sediments

Lab-scale batch experiments using several 25-L transparent acrylic reactors were conducted to develop optimum capping materials that can reduce phosphorus released from polluted sediments. The sediment used in the experiment was very fine clay(8.8 $\Phi$ in mean grain size), and organic carbon($C_{org}$) content was as high as 2%. Four kinds of batches with different capping materials Brucite($Mg(OH)_2$), Sea sand($SiO_2$), Granular-gypsum($CaSO_4{\cdot}2H_2O$), Double layer(brucite+sand), and one control batch were operated for 30 days. Phosphorus fluxes released from bottom sediments in the control batch were estimated to be 14.6 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, while 9.5 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 5.2 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 4.2 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, and 3.1 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$ in the batch capped with Sea sand, Granular-gypsum, Double layer, and Brucite, respectively. The results obtained from lab-scale batch experiments show that there were 70% reduction of phosphorus for some materials such as Brucite, Double layer(brucite+sand), and whereas sea sand only about 35%. The pH range of surface sediment to which Brucite was applied showed about $8.0{\sim}9.5$ in the weak alkaline state. This effect can prevent liberation of $H_2O$. The addition of gypsum into the sediment can reduce the progress of methanogenesis because of fast early diagenesis and sufficient supply of $SO_4^{2-}$ to the sediments, stimulate the SRB highly. Therefore, the application of Brucite and Gypsum can reduce phosphorus release from the sediment as a result of formation of $Mg_5(OH)(PO_4)_3$, pyrite($FeS_x$), and apatite-mineral.

퇴적물로부터 인 용출 저감을 위한 Brucite 처리

오염된 퇴적물로부터 인 용출 저감을 위한 최적의 capping 소재를 개발하기 위해 lab-scale 실험을 25 L 아크릴 컬럼을 이용하여 실시하였다. 실험에 사용된 퇴적물 내 입도는 8.8 $\Phi$로 매우 세립한 clay로 조성되어 있으며, 유기탄소 함량($C_{org}$)은 2%로 높다. Batch 실험에 사용된 capping 소재는 Brucite($Mg(OH)_2$), Sea sand($SiO_2$), Granular-gypsum($CaSO_4{\cdot}2H_2O$), Double layer(brucite+sand)와 Control을 30일 동안 비교 평가하였다. 실험기간 동안 용출된 인의 flux는 14.6 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 9.5 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 5.2 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 4.2 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 3.1 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$로 Control>Sea sand>Granular-gypsum>Double layer>Brucite 순으로 각각 나타났다. Brucite를 적용한 컬럼의 경우, 인 용출 제어 효율이 70% 이상 높게 나타났으며, Sea sand를 적용한 경우에는 35%의 효율만을 보였다. 특히, Brucite를 적용한 컬럼의 표층 퇴적물내 pH는 $8.0{\sim}9.5$로 다소 높게 유지되었으며, 이러한 효과는 퇴적물을 약알카리성으로 유지하여 황산염환원균이 증식할 수 없는 환경을 조성하여 생물에 독성이 있는 $H_2S$ 발생을 억제시킬 수 있다. Gypsum을 적용할 경우, 퇴적물내 빠른 초기 속성화작용의 진행과 충분한 $SO_4^{2-}$-의 공급으로 methanogenesis 진행를 저하시킬 수 있다. 따라서 Brucite와 Gypsum을 적용할 경우, 퇴적물 내 인의 존재형태가 광물(mineral)의 형태인 $Mg_5(OH)(PO_4)_3$, pyrite, apatite-mineral의 형태로 진행되어 퇴적물로부터 인의 용출을 줄일 수 있다.