석탄회 조립물의 점토질 조간대의 저서환경 개선기능에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 전해질이 토질 및 간극수의 성상에 미치는 영향을 연안 저서환경 개선에 활용하고자 하였다. 전해질 공급제로 석탄회 조립물을 사용하였으며, 석탄회 조립물로부터 용출되는 전해질이 유기물 농도가 높은 퇴적물에 어떤 영향을 미치는지에 대한 실험들을 수행하였다. 석탄회 조립물의 원재료인 비산재는 연안 퇴적물의 인산염 농도를 저감시키는 효과가 있는 것으로 보고되고 있으나, 복합적인 제거기구를 정확히 구분 짓지 않고 혼용되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 비산재의 인산염 제거기구인 응집과 흡착을 정량적으로 측정하고자 하였다. 비산재에 의한 인산염 제거량 중 응집/흡착의 제거 비는 약 8:2로 응집에 제거가 주요한 것으로 나타났다. 응집에 의한 인산칼슘 침전물의 형태를 XAFS분석한 결과 인산수소칼슘(CaHPO4)인 것으로 나타났다. 석탄회 조립물을 피복했을 때 저서환경의 변화를 분석하기 위한 메조코즘 실험을 수행하였다. 실험의 설계인자로 신생퇴적물의 유입이 고려되었다. 실험 결과 석탄회 조립물 피복층은 피복 초기 오염 퇴적물로부터 영양염 용출을 효과적으로 차단하는 것으로 나타났다. 이후 신생퇴적물이 석탄회 조립물 피복층 상부에 퇴적되는 시기의 경우, 석탄회 조립물이 퇴적물 내 간극수의 영양염 농도를 지속적으로 저감시키는 효과가 있는 것으로 나타났다. 석탄회 조립물이 간극수 흐름에 미치는 영향을 확인하기 위해 탁도 및 투수계수 측정을 수행하였다. 석탄회 조립물 용액의 탁도 감소 속도는 탈염수 대비 약 4배 이상 빠른 것으로 나타났다. 변수위 투수시험으로 투수계수를 측정한 결과 석탄회 조립물의 투수계수는 탈염수 대비 약 4.5배 높은 것으로 나타났다. 결론적으로 석탄회 조립물은 고농도의 유기물의 농도를 저감시키는 효과가 뛰어나며, 간극수 흐름을 개선시켜 유기물 농도 분배, 산소 공급, 지반강도 증진 등 복합적인 개선 효과를 가질 것으로 판단된다.

This study aims application of granulated coal ash (GCA) for remediation of benthic environment of clayey intertidal zone. First, role of Class-F fly ash in the removal of phosphate from aqueous solutions, and the removal mechanisms were quantitatively investigated. The relative contributions of precipitation and adsorption showed that precipitation accounted for 79% of the total phosphate removal. This result suggests that the phosphate was predominantly removed by precipitation with fly ash, and that adsorption on hydroxylated oxides may have contributed to the removal of phosphate. The precipitate was revealed to be calcium hydrogen phosphate (CaHPO4) from X-ray absorption fine structure analysis. The adsorption process was expressed well by the Freundlich isotherm and phosphate adsorption by fly ash is favorable (n=1.308). Secondly, changes of soil permeability were investigated on the different ion conditions. In addition, performance of GCA was evaluated for increasing permeability. The results showed that soil permeability was affected by both ionic strength and ionic valency. Permeability on the Ca solution and GCA solution were 3 and 4.5 times higher than that of deionized water, whereas Na solution was not different with deionized water. It was confirmed that elution of calcium ion from GCA is sufficient to agglomerate the muddy particles, and it contributes to improve permeability. Finally, covering contaminated sediment with GCA was demonstrated with mesocosm experiment. Deposition of new sediment after covering of GCA could hinder the remediation system. Thus, this study examined the changes of benthic environment by the deposition of new sediment on the GCA covering layer. Concentrations of ammonia and phosphate in overlying water were significantly decreased immediately after covering of GCA, it lasted even after sedimentation of new sediment on the GCA covering layer. GCA covering layer was effectively blocked elution of phosphate and hydrogen sulfide from contaminated sediment, and contributed to improve dissolved oxygen conditions. Overall, it can be concluded that the GCA covering on the contaminated coastal sediment serves to both promote waste reduction in society and decrease cost of coastal sediment remediation in contaminated coastal areas.