A Study of the Utilization of Feldspathic Sand as a Fortified Functional Filtering Material for Water Purification

Domestic water treatment plants operate the rapid and slow filtering system using the filtering sands. Most of them are composed of beach sands, which have less sorption capacity of heavy metals as well as organic contaminants. Therefore, the development of fortified functional filtering materials with high removal capacity of organic and inorganic contaminants is needed to prevent the unexpected load of contaminated source water. This study aims to test the hydrochemical change and the removing capacity of heavy metals such as Cd, Cu, and Pb on the Jumunjin sand, feldspathic sand(weathering product of Jecheon granite), feldspathic mixing sand I(feldspathic sand mixed with 10 wt% zeolite), and feldspathic mixing sand II (feldspathic sand mixed with 20 wt% zeolite). Feldspathic mixing sand I and II showed the eruption of higher amounts of cations and anions compared with the Jumunjin sand and feldspathic sand. They also showed higher eruption of Si, Ca, $SO_4$ ions than that of Al, $NO_3$, Fe, K, Mg, and P. Feldspathic mixing sand II caused higher eruption of some cations of Na, Ca, Al than feldspathic mixing sud I, which is the result controlled by the dissolution of zeolite. Jumunjin sand and feldspathic sand showed very weak sorption of Cd, Cu and Pb. In contrast to this, feldspathic mixing sand I and II showed the high sorption and removal capacity of the increasing order of Cd, Cu and Pb. Feldspathic mixing sand II including 20% zeolite showed a fortified removal capacity of some heavy metals. Therefore, feldspathic mixing sand mixed with some contents of zeolite could be used as the fortified filtering materials for the water filtering and purification in the domestic water treatment plants.

고 기능성 수질 정화 여과재로서의 장석질 모래 활용연구

국내 정수장에서는 여과사를 이용하여 원수를 정수하는 급속 및 완속 여과시스템을 이용하고있다. 대부분의 여과사는 해사인 규사로써, 구성광물의 광물학적 특성이 매우 제한되어 중금속이나 유기 오염물의 여과능력이 높은 편이 아니다. 따라서 항상 예기치 않게 발생될 수 있는 오염된 원수를 효율적이고 경제적으로 여과할 수 있는 여과물질 개발이 요구되고 있다. 따라서 이 연구에서 해사를 대체할 수 있는 화강암 풍화산물인 장석질 모래에 일정량의 불석을 혼화하여 원수를 여과하였을 때 일어나는 지화학성의 변화 및 Cd, Cu, Pb와 같은 중금속의 제거능력을 시험하였다. 시험 대상 물질은 현재 정수장에서 사용하는 주문진 규사와 이 연구에서 제조된 장석질 여과사, 장석질 혼합사 I(불석 10% 혼화), 장석질 혼합사 II(불석 20% 혼화)이다. 장석질 혼합사 I 및 II는 주문진 규사와 장석질 여과사에 비해 대부분의 양이온 및 음이온이 높게 용출되었으며, Si, Ca, $SO_4$ 이온 용출은 Al,$ NO_3$, Fe, K, Mg, P 에 비해 높게 일어났다. 제올라이트의 함량을 높인 혼합사 II가 혼합사 I 비해 Na, Ca, Al과 같은 양이온의 용출농도가 보다 높게 일어났으며, 이 양이온들은 크리높틸로라이트 계열의 제올라이트로부터 주로 용출되었다. 주문진 규사와 장석질 여과사는 Cd, Cu, Pb에 대해 제거능이 거의 없거나 약한 제거율을 보였다. 이에 반하여 장석질 혼합사I, II는 Cd과 Cu에 대해 낮은 제거율을 보였으나 Pb에 대해서는 상대적으로 매우 높은 제거율을 보였다. 장석질 혼합사 I, II는 저농도(100 ppm)의 Cd, Cu, Pb에 대하여 비교적 높은 제거율을 보이는 것으로 나타났으며, 장석질 혼합사 II는 저농도(100 ppm)의 Pb 용액과 반응시킨 경우 상당히 높은 제거율 (90.7%)을 보였다. 고농도(500 ppm) 영역에서는 장석질 혼합사 I, II는 Cd의 흡착량이 Cu, Pb에 비하여 높게 나타났으며, 제거율도 각각 24.0%, 28.2%로 가장 높게 나타났다. 제올라이트의 혼합비가 10%에서 20%로 증가할수록 중금속의 흡착량과 제거율이 향상되었다. 이는 장석질 혼합사를 여과사로 이용 할 경우 제올라이트를 적정 비율로 혼화하면 높은 중금속 제거 효과가 있는 것으로 판단된다.