광미와 오염된 토양에 함유되어 있는 중금속은 물리ㆍ화학적 환경 변화에 따라 안정화되어 자연적으로 정화가 진행되거나, 혹은 재용출 될 수 있어 중요한 오염원으로 작용 할 수 있다. 따라서 중금속 원소의 존재형태를 규명하여 물리ㆍ화학적 환경 변화에 따른 중금속의 거동을 예측하고자 Tessier et al (1979)의 방법을 이용하여 연속추출을 수행하였다. 구룡광간의 광미와 오염된 토양에 함유된 중금속과 마량원소의 존재형태를 비교해 보면 Fe를 제외한 모든 원소의 존재형태가 안정상인 잔류형태로 존재하였다. Cd, Co, Cu 및 Pb의 경우 잔류형태 다음으로 비정질 산화광물형태로 수반된 형태도 중요한 존재 형태인 것으로 나타났다. 그러나 Fe은 비정질 산화광물의 형태가 가장 우세한 것으로 나타났으며, 황화광물과의 결합형태가 상대적으로 우세한 경향을 보였다.
광미와 오염된 토양에 함유되어 있는 중금속 원소는 존재형태에 따라서 환경에 미치는 영향의 차이가 있다. 그러므로 중금속 원소의 존재형태를 규명하여 물리화학적 환경변화에 따른 중금속의 거동을 예측하고자 Tessier et al. (1979)의 방법을 이용하여 연속추출을 수행하였다. 청양광산과 서보광산의 광미를 비교하면, As와 Co는 두 광산 모두 잔류형태로 안정화되었다. Cd과 Zn은 서보광산의 광미가 청양광산의 광미보다 잔류형태가 더 우세하였다. Pb는 서보광산의 광미가 양이온교환형태로 존재하는 함량이 높고 청양광산의 광미도 양이온교환과 탄산염광물의 형태로 존재하는 함량이 높아 오염 확산의 우려가 있다. 서보광산의 오염된 토양의 경우, As, Co, Cd, Cu및 Zn는 대체로 안정한 형태였으나, Pb는 산화환경에서 불안정한 형태로 존재하였다.
반응용액의 pH와 반응시간에 따른 용출실험 결과를 PHREEQC를 이용하여 용출된 중금속이 어떠한 화학적 형태가 우세한지 알아보고자 하였다. 용출용액에 용해된 Zn, Cd, Cu, Mn 및 Fe의 주요 존재형태는 free ion 및 sulfate complexes($metal-SO_4$)인 것으로 계산되었다. pH 5와 pH 3의 조건에서 각 원소의 화학적 존재형태는 서로 유사하고, 반응시간이 증가할수록 free ion 상태로 존재하는 비율은 감소하고 sulfate complexes로 존재하는 비율은 증가하는 경향을 보였다. pH 1에서 용출된 용액에 존재하는 각 원소의 화학적 존재형태는 sulfate의 농도가 크게 증가됨에도 불구하고 free ion 상태로 존재하는 금속이온의 함량의 증가비율보다 sulfate complexes로 존재하는 함량의 증가비율이 더 큰 것으로 예측되었다.
3구면경계에서 aplanat 조건을 해석적으로 유도하고 이를 바탕으로 3종의 3차수차가 보정된 3구면 경계의 형태 및 존재영역을 조사하였다. 실상을 맺으면서 aplanat 저건을 만족하는 3구면경계는 유효초점거리가 양수인 경우 PPN, NPP, PNP 형태의 해가 존재하였으며 N은 볼록 거울, P는 오목 거울을 나타낸다. 유효초점거리가 음수인 경우 NPN, NPP, PNP, NNP형의 4종류의 형태가 존재하였다. 3종의 3차수차가 보정된 3구면경계에서 astigmatic aplanat는 실상을 맺는 해가 존재하지 않았다. Flat field aplanat는 PPN, PNP, NPP형태의 해가 존재하였고 distortion free aplanat의 경우는 PPN, PNP, NPN, NPP, NNP형의 해가 존재하였다.
일반적으로 폐광산 지역에 방치되어 있는 광미와 오염토양에 함유된 중금속원소는 자연 상태에서 물리ㆍ화학적 환경의 변화에 따라 자연정화 되거나, 또는 재용출되어 점 또는 비점오염원으로의 역할을 하기 때문에 광미와 오염된 토양에 존재하는 중금속의 존재형태를 규명 또는 예측하는 것은 매우 중요하다. 이에 따른 중금속의 오염평가와 존재형태를 규명하기 위해 서성 연ㆍ아연 폐광산 주변 경작토를 대상으로 Tessier et at. (1979)가 제시한 연속추출을 실시하였다. 그 결과는 As와 Cr이 잔류형태가 우세하여 안정한 상태로 존재하는 것으로 평가되었으며, 이에 반하여 Zn, Pb, Cu, Cd, Ni 및 Mn 등은 상대적으로 존재형태가 불안정한 것으로 평가되었다. 특히, As는 모두가 잔류형태로만 존재하는 것이 확인되어 As의 오염이 야기되지 않는 것으로 밝혀졌다.
폐광석에 함유되어 있는 중금속 원소는 물리ㆍ화학적 환경의 변화에 따라서 안정화 되어 자연적으로 정화가 진행되거나 혹은 재 용출될 수 있어 중요한 오염원으로 작용할 수 있다. 따라서 폐광석에 함유된 중금속이 흡착된 상태로 존재하는지, 광물형태(탄산염광물, 산화광물, 황산염광물 및 황화광물)로 존재하는지, 산화환경 혹은 환원환경에서 안정한 다른 광물의 결정 내에 치환된 형태로 존재하는 지를 규명하는 것은 물리화학적 환경변화에 따른 중금속의 거동(흡착반응, 탈착반응, 용해반응, 침전반응)을 예측할 수 있는 매우 유용한 평가 방법이라고 할 수 있다. (중략)
토양내에 있어 중금속의 총량 분석만으로는 오염 토양에 대한 환경 평가를 위한 충분한 자료가 되지 못한다. 또한 중금속의 토양내 위해성은 중금속과 토양과의 화학적 상호작용에 의해 결정되기 때문에 중금속의 화학적 형태를 규명하는 것은 토양 환경에 있어서 그들의 이동성과 거동 특성을 평가하는데 중요한 자료가 된다. 연속 추출법은 구봉 광산의 광미로 부터 Cd, Cu, Pb을 화학적 형태에 따라 분리하고, 인위적으로 중금속을 포화시킨 광미와 두밭토양에 있어 중금속의 토양내 거동 특성을 예측하기 위하여 이용되었다. 광미중 Pb의 대부분은 Fe-Mn oxide, carbonate의 결합 형태로 존재하였으며, Cu와 Cd은 각각 71.8%와 42.9%가 유기물, carbonate의 결합형태로 존재하였다. 상당량의 Cd(94.9%), Cu(95.1%), 그리고 Pb(85.8%)은 토양내 잠재적으로 이동 가능한 형태로 존재하였다. 유성과 논산의 밭토양 에 가해진 Cd는 대부분 이동성이 가장 높은 치환태로 존재하였으며, 유성과 논산 토양에서 각각 67.9%와 93.2%가 치환태로 존재하였다. 토양에 가해진 Cd, Cu, Pb은 대부분 이동이 용이한 형태로 존재하였으며, 토양과의 결합세기는 Pb > Cu > Cd 순으로 감소하였다.
청양광산과 서보광산의 광미와 오염된 토양은 5단계 연속추출법을 실시한 후 추출된 중금속 함량을 ICP-AES로 각 단계별로 분석하였다. 청양광산과 서보광산의 광미와 오염된 토양 내 비소와 코발트는 대부분 잔류형태 단계에서 우세하였다. 카드뮴, 구리 및 아연의 경우, 청양광산의 광미는 산화성 형태가 우세한 반면에, 서보광산의 광미는 잔류형태로 안정하였다. 서보광산의 오염된 토양에 함유된 이들 원소는 산화철망간과 수반되었다. 청양광산과 서보광산의 광미 내 함유된 납은 다른 금속에 비해 이온교환형태로 존재하는 함량이 높아 오염 확산의 우려가 있다. 그러나 서보광산의 오염된 토양은 잔류형태로 존재하여 안정하였다.
본 연구에서는 종횡비가 낮은 직사각형 밀폐용기 내에 Rayleigh수가 충분히 커서 흐름의 운동력이 용기 양단에 존재하는 경우에 PartⅠ에서 개발된 해석적인 모델 을 근거한 scaling analysis를 통해 그 내부 흐름 형태를 정성적으로 예측, 기존의 결 과와 비교, 검토하였다. 해석결과, Prandtl수에 따라 여러가지 내부 흐름 형태가 존 재할 수 있음이 밝혀졌으며 용기 내 뚜렷한 경계층 흐름이 존재하기 위한 필요조건도 아울러 얻어졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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