Stabilization of As (arsenic(V) or roxarsone) Contaminated Soils using Zerovalent Iron and Basic Oxygen Furnace Slag

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 $CaCl_2$. 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 $CaCl_2$ 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.

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

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 2,285 mg/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 비소의 양이 무처리구보다 증가하는 것으로 나타나 유기비소인 록살슨이 무기비소로 변환되는 과정에서 영가철과 제강슬래그가 영향을 끼친 것으로 판단되었다. 0.01 M $CaCl_2$ 에 의한 추출(유효태 비소) 결과 비소오염토양의 무처리구 유효태 비소농도는 0.85 mg/kg, 영가철 5% 처리구에서 0.06 mg/kg 로 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.