Research Paper (Special Issue)

Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers. 31 December 2018. 527-537
https://doi.org/10.32390/ksmer.2018.55.6.527

ABSTRACT


MAIN

  • 서론

  • 실험방법

  • 결과 및 토의

  •   배합비와 체류시간에 따른 성능 비교

  •   유입방식 및 슬러지 추가에 따른 성능 비교

  • 결론

서론

광산개발 과정 또는 폐광 후 발생하는 광산배수는 광종 및 배출형태에 따라 다양한 수질특성으로 보이고 있다. 대부분의 광산배수는 황화광물의 화학적, 생물학적 용해(산화)로 발생하고, 지구화학적 특성에 따라 산성광산배수(Acid Mine Drainage), 중성광산배수(Neutral Mine Drainage), 염수(Saline Drainage)로 구분되기도 한다(Lakovleva et al., 2015). 이중 염수는 중성의 pH에서 황산염 등을 포함한 경도(Hardness)가 높은 광산배수를 의미하고, 산성광산배수와는 다른 특성을 보인다. 염수에서 황산염 등을 제거하기 위한 광산배수 처리법은 화학적 처리법, 이온교환, 멤브레인 등이 사용되고 있지만(Madzivire et al., 2010), 황산염환원균과 철산화균의 역할이 연구되면서 생물학적 처리법이 대두되었고(Jung et al., 2012; Bai et al., 2013; Jing et al., 2018), 황산염환원균(Sulfate Reducing Bacterial; SRB)에 의한 자연정화처리는 산성광산배수 처리를 포함하여 유망 기술로 주목을 받고 있다(Neculita et al., 2007; Kieu et al., 2011; Castillo et al., 2012; Hao et al., 2014; Johnson, 2014; Zhang and Wang, 2014, 2016; Sahinkaya et al., 2015; Clyde et al., 2016; Deng et al., 2016).

황산염환원균은 중성 pH에서 유기물을 탄소원으로 활용하여 산화상태의 황산염을 환원시키고, 환원된 황화물(sulfide)은 중금속들과 반응하여 침전함으로써 중금속 농도를 감소시키는 역할을 한다(McCauley et al., 2009; Martins et al., 2009; Hao et al., 2014; Ko et al., 2016). 황산염환원균을 활용한 생물반응기는 황산염 환원에 따른 중금속 제거 및 알칼리도 발생이 광산배수 처리의 주요 반응 기제이나, 금속탄산염과 수산화물의 흡착과 침전을 포함한 부수적인 반응기제가 발생하기도 한다(Neculita et al., 2007; Muhammad et al., 2015). 생물반응기의 효율은 SRB의 활성도에 따라 다르게 나타나지만 높은 중금속 제거효율, 안정적인 슬러지 발생, 저렴한 운영비용, 에너지 소비의 최소화라는 장점을 갖고 있다.

생물반응기 내 SRB의 활성도를 높이기 위한 중요 인자는 유기탄소원을 포함한 기질물질(Substrate)이다(Neculita et al., 2007). 황산염환원균은 유기탄소원으로 알코올(alcohols), 유기산(acetate, lactate 등), 단당류(sucrose 등) 등의 저분자 유기물을 직접적인 탄소원으로 활용하지만 자연정화형태의 생물반응기에 적용하기에는 비용적인 측면에서 한계가 있다(Yoo et al., 2006; Ahn et al., 2011). 따라서 농업폐기물, 음식물폐기물과 같은 유기물을 발효와 같은 미생물 분해로 고분자 유기물을 저분자 유기물로 분해하고, 이를 생물반응기 공정 내에서 장기간 유기탄소원으로 활용하는 것이 광산배수 처리에 효과적일 수 있다(Newcombe and Brennan, 2010). 특히 자연정화 형태의 생물반응기에 적용하기 위해서는 적용 현장에서 조달 가능한 물질을 주로 활용한다(Sheoran et al., 2010; Ahn et al., 2011). 이와 관련하여, SRB 활성도를 최대화할 수 있는 천연 기질물질 선정을 위해 여러 연구가 수행되었다(Behum et al., 2011; Ahn et al., 2011; Park et al., 2016).

생물반응기는 주로 산성광산배수에서 중화 및 중금속 제거를 목적으로 활용되고 있으며, 중금속 농도가 낮고 황산염이 포함된 광산배수에 대해서는 적용사례가 거의 보고되지 않고 있다(Park et al., 2016).

따라서 본 연구에서는 광산배수 중 황산염이 포함된 염수를 대상으로 광산현장에서 확보가 용이한 기질물질을 활용하여 컬럼실험을 통해 생물반응기 설계를 위한 기질물질의 배합비, 체류시간, 흐름구조 등 설계인자를 도출하고자 하였다. 또한 본 연구결과 바탕으로 향후 광산배수 자연정화시설에서 생물반응기의 적용 가능성을 확인하고자 하였다.

실험방법

태국M광산의 배출수를 생물반응기를 통해 정화하는데 있어 적합한 설계인자를 도출하기 위해, 사전연구(Park et al., 2016)를 통해 도출한 기질물질(우분, 버섯퇴비, 석회석, 볏짚)을 후보기질물질로써 사용하였으며, 기질물질 비율과 체류시간, 흐름구조에 따른 황산염 저감효과를 분석하였다.

컬럼실험 장치는 투명 아크릴 재질로 Fig. 1과 같이 제작하였고, 기본크기는 직경 200 mm, 높이 1,500 mm로 설계하였으며, 높이는 1,000 mm와 500 mm로 조정할 수 있도록 제작하여 사용하였다. 정량의 유입수를 연속적으로 주입하기 위한 장비로 정량펌프(Poong Lim, Korea)와 펌프헤드(Materflex, USA)를 사용하였다.

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Fig. 1.

Column and peristaltic pump system for the Column test.

실험에 사용한 광산배수는 태국M광산 일부 지역의 폐석장에서 배출되는 침출수를 채취하여 사용하였다. 기질물질(우분, 버섯퇴비, 볏짚)은 광산 인근 농가에서 수집하였고 철 슬러지는 광산 내 지하수 처리시설에서 조달하였으며, 사용한 석회석은 태국M광산에서 자체 조달하여 생물반응기 컬럼 내부를 구성하였다. 본 연구에 사용한 기질물질의 기본 물리화학적 특성은 Park et al.(2016)에 의해 제시되었다.

기질물질의 배합비와 체류시간(Hydraulic Retention Time; HRT)에 따른 황산염 저감 효율을 확인하고자 컬럼실험을 수행하였고, 배합비와 기본물성은 Table 1과 같다. 컬럼 Set A는 우분과 석회석을 혼합하였고, Set B는 우분과 버섯퇴비 혼합물에 석회석을 보조제로 첨가하였다. Set C는 우분과 버섯퇴비 혼합물에 볏짚을 보조제로 첨가하였고 Set D는 우분을 중심으로 볏짚을 첨가하여 구성하였다. 모니터링은 10주간 주 단위로 각각의 컬럼에서의 배출수를 채취하여 수질을 분석하였다.

Table 1. Composition and condition of initial column test (Set A, B1, B2, C1, C2, D)

Column A B1 B2 C1 C2 D
C/N ratio 19.8 20.9 21.1 20.2
Substrates CM 60% 80% 80% 80% 80% 80%
MuC - 10% 10% 10% 10% -
LS 40% 10% 10% - - -
RS - - - 10% 10% 20%
Pore Volume (L) 13.5 17.1 17.1 17.7 17.7 17.8
Porosity (%) 45.7 57.9 57.9 59.9 59.9 60.3
HRT (Day) 0.9 1.2 2.0 1.2 2.0 1.2
* CM: Cow Manure, MuC: Mushroom Compost, LS: Limestone, RS: Rice Staw

각각의 컬럼내부 기질물질에 따른 공극부피를 측정하고, 유입수는 정량펌프를 이용하여 연속적으로 주입하였다. 이때 공극부피에 따른 유입수의 유속으로 체류시간을 조정하였다. Set A의 체류시간은 약 0.9일이며, Set B는 체류시간에 따라 Set B1과 Set B2로 구분하였고 각각의 체류시간은 1.2와 2.0일로 설정하였다. Set C도 체류시간에 따라 Set C1과 C2로 구분하였고, 각각의 체류시간은 1.2와 2.0일이다. Set D의 체류시간은 2.0일이다.

생물반응기 내 광산배수의 적정 흐름방향 확인 및 2가 금속의 주입에 따른 황화물 침전 가능성을 확인하기 위해 기질물질 내 슬러지를 주입하여 추가 컬럼실험을 수행하였다. 기질물질(우분, 버섯퇴비, 볏짚, 슬러지)의 배합비와 실험조건은 Table 2와 같다. 모든 컬럼은 우분, 버섯퇴비, 볏짚으로 기질물질이 구성되어 있고, 컬럼 Set E와 G는 2가 금속을 함유한 슬러지를 추가적으로 주입하였다. 이때 사용한 슬러지는 태국M광산 내 비소로 오염된 지하수를 철공침법에 따라 처리하는 정화시설에서 획득하였다. 국내 토양오염공정 시험기준에 따라 슬러지를 분석한 결과, 2가 금속이온으로써 철과 아연의 함량은 각각 13,000 mg/kg, 7,800 mg/kg이 함유되었으며, 이외 주요원소로써 비소가 3,970 mg/kg 포함되었다.

Table 2. Composition and condition of additional column test (Set E, F, G, H)

Column E F G H
C/N ratio 21.3 21.1 21.3 21.3
Substrates CM 60% 70% 60% 70%
MuC 10% 10% 10% 10%
RS 20% 20% 20% 20%
FS 10% 0% 10% 0%
Flow direction Down - - O O
Up O O - -
Pore Volume (L) 14.9 16.8 16.7 17.6
Porosity (%) 50.3 57.0 56.4 59.4
HRT (Day) 2.1 2.3 2.3 2.4
* CM: Cow Manure, MuC: Mushroom Compost, RS: Rice Staw, FS: Fe Sludge

또한 컬럼 Set E와 F는 유입수를 상향으로 주입하여 배출수가 컬럼상부로 배출되도록 구조를 변경함으로써 유입방향에 따른 비교를 수행하였다. 반면 Set G와 H는 초기 컬럼실험과 동일하게 하향식 유입수 주입 구조를 유지하였고, 배출수는 컬럼하부에서 수두차를 이용하여 배출되도록 하였다. 생물반응기 컬럼의 체류시간은 2.1~2.4일이다.

배출수의 분석항목 중 pH, ORP (Oxidation-Reduction Potential), EC (Electro Conductivity)는 현장에서 휴대용 측정기(Horiba U-52F)를 이용하여 측정하였다. 양이온 분석의 경우 0.45 µm로 여과한 시료를 pH 2 이하로 농질산(HNO3)을 이용해 산처리 후 ICP-OES(700ES, Agilent)로 분석하였고, TOC (Total Organic Carbon)는 기기분석을 위해 농인산(H3PO4)으로 전처리 후 TOC 분석기(multi N/C 3100, Analytikjena)로 분석하였다. 음이온은 산처리 없이 IC(ICS-2000, DIONEX)를 이용하여 분석하였다.

컬럼실험 종료 후, 컬럼하부에 축적된 침전물을 SEM-EDS(Scanning Electron Microscope, Carl Zeiss, Supra40, and Energy Dispersive X-ray Spectrometer, Noran, System 7)와 XRD(X-Ray Diffraction, Bruker, D8 Focus)를 이용하여 분석하였다.

결과 및 토의

배합비와 체류시간에 따른 성능 비교

생물반응기 컬럼에 주입하기 전의 광산배수를 유입수로써 사용하여, 반응 후 배출수와 물성을 비교하였다. 초기 컬럼실험의 경우 배출수의 pH는 유입수(pH 8.2)보다 대부분 낮게 형성(pH 6.7~8.1)되었고, 체류시간이 길수록(Set B2, C2) pH가 상대적으로 더 낮은 값을 나타냈다. ORP는 대부분의 생물반응기 컬럼에서 7일 이후 -300 mV를 보이며 환원환경이 조성되었다. TOC의 함량변화는 초기 용출량이 많아 변화가 크게 나타났지만, 7일 이후 안정화되면서 TOC는 유입수보다 20~40 mg/L 더 용출되는 것으로 분석되었다. 특히 체류시간이 길수록 TOC 용출량은 상대적으로 높았다. 유입수에 비해 TOC가 높게 용출되는 것을 미루어 보아 생물반응기내 기질물질인 우분과 버섯퇴비를 통해 지속적인 유기탄소원 공급이 정상적으로 이루어지고 있는 것으로 판단된다.

유입수(Inlet)에 비해 감소한 pH는 기질물질의 분해에 따른 유기산 또는 CO2의 발생에 의한 것으로 보이며, 황산염은 생물반응기 내 미소환경(micro-environment)에서 황산염환원균의 생물학적 반응에 의해 환원되어 함량이 감소된 것으로 판단된다(Fig. 2).

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Fig. 2.

Variation of pH, ORP, TOC and Sulfate in initial column test (Set A, B1, B2, C1, C2, D).

ICP-OES를 통해 분석한 총 황(Total Sulfur) 함량과 IC를 통해 분석한 황산염(Sulfate) 함량을 통해 황화물(Sulfide) 함량을 계산하였다. 또한 제거율의 경우 기질물질을 통과한 시료를 분석 및 계산하여 유입수 대비 잔여이온의 차를 통해 계산하였다. 우분과 석회석의 혼합비가 6:4인 컬럼 Set A는 초기에 황산염에서 황화물로 약 30~50%까지 환원되었으나 황화물이 용존된 상태로 존재하고 제거되지 않아, 총 황의 제거량이 20% 이하로 낮게 나타났다. 반응 14일 이후 황화물이 제거되면서 총 황이 30~40% 이상 감소하였으나 62일 이후 다시 용존 상태의 황화물이 존재하면서 총 황의 제거율 또한 낮아졌다(Fig. 3).

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Fig. 3.

Concentration and removal efficiency of sulfur species in column Set A, B1 and B2.

우분, 버섯퇴비, 석회석의 혼합비가 8:1:1인 set B1과 B2의 경우 체류시간이 길수록 황산염의 환원과 총 황의 제거율이 높았다. B1의 경우 황산염의 환원과 용존된 황(Sulfur)의 제거율은 안정화 이후 약 40~60%와 25~50%를 기록하였고, B2의 경우 55~90%와 55~85%를 각각 나타냈다. 체류시간이 2일인 B2는 석회석이 첨부된 다른 기질물질 조합보다 황 제거 효율이 높았으나 컬럼실험 운영 중 투수율 감소로 인해 수위가 상승하는 등 불안정한 상태를 나타냈고, 62일 경과 후 용존된 황화물의 함량이 증가하여 총 황 함량이 유입수보다 증가하는 경향을 보였다(Fig. 3).

우분, 버섯퇴비, 볏짚을 혼합한 기질물질 조합(Set C1, C2)은 Set B1, B2와 같이 체류시간에 따라 황산염 환원과 용존된 총 황의 제거율에 차이가 있었다. C1은 총 황의 제거량이 적은 반면 실험 전반에 걸쳐 30% 이상의 안정적인 제거율을 기록하였다. C2의 경우 실험 후반에 황화물의 함량증가로 총 황의 제거율이 낮아지고, 안정적인 수위를 유지하지 못하고 변화가 컸으나 C1보다 10% 이상 황산염의 환원 및 총 황의 제거율이 높았다. 보조제로써 석회석을 사용했을 때(B1, B2) 투수율 감소로 인해 유량에 변동이 발생하며 황산염 제거율 또한 변동이 큰 결과와 비교하면, 보조제로써 볏짚을 사용했을 때 안정적으로 황산염 제거효과를 나타냈다.

우분과 볏짚이 8:2의 비율로 조합된 기질물질(D)은 초기 총 황의 함량이 증가하였으나 14일 이후 용존된 황화물(sulfide)의 함량이 감소하면서 용존된 총 황의 함량도 감소하여 40~60%의 제거율을 보였다. 그러나 62일 이후 용존 황화물의 함량이 증가하면서 총 황의 제거율도 낮아지는 경향을 나타내었다(Fig. 4).

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Fig. 4.

Concentration and removal efficiency of sulfur species in column Set C1, C2 and D.

우분과 버섯퇴비를 중심으로 석회석과 볏짚을 이용하여 컬럼실험을 수행한 결과, 우분과 석회석의 기질물질 조합을 제외하고 황산염의 환원 및 총 황의 제거가 각각 40%, 30% 이상을 기록하였다. 또한 투수율 향상을 위한 보조제로 볏짚이 사용됐을 때가 석회석을 사용했을 때보다 TOC 발생 및 황산염 제거율에서 더 높은 효율을 보였다. 따라서 우분과 버섯퇴비, 볏짚의 조합이 황산염 환원 및 황 제거를 위한 생물반응기의 적정 기질물질로 판단된다. 또한 전반적으로 체류시간이 2일 이상인 Set B2와 C2의 기질물질이 동 기질물질 조합인 Set B1과 C1의 조합보다 황 제거에 효율이 높았다.

유입방식 및 슬러지 추가에 따른 성능 비교

생물반응기에서 SRB는 탄소원인 기질물질을 분해하여 알칼리도(HCO3-)를 발생시키고 황산염을 전자공여체로 사용하여 황화물로 환원시킨다. 이때 환원된 황화물은 약 pH 7에서 2가의 중금속(예를 들면, Fe, Zn, Cu, Pb 등)과 결합하여 화합물을 형성하여 침전되거나 기체상태로 해리되어 제거되며, 아래 식과 같다(식 (1)과 (2)).

$$2{\mathrm{CH}}_2{\mathrm O}_{(\mathrm{aq})}+{{\mathrm{SO}}_4^{2-}}_{(\mathrm{aq})}\rightarrow{\mathrm H}_2{\mathrm S}_{(\mathrm{aq}\;\mathrm{or}\;\mathrm g)}\mathrm{or}\;{\mathrm{HS}^-}_{(\mathrm{aq})}(+\mathrm H^+)+2{{\mathrm{HCO}}_3^-}_{(\mathrm{aq})}$$ (1)
$$\begin{array}{l}\mathrm{HS}^-\mathrm{or}\;{\mathrm H}_2\mathrm S\uparrow+\mathrm{Me}^{2+}\rightarrow\mathrm{MeS}+\mathrm H^+\mathrm{or}\;2\mathrm H^+(\mathrm{Me};\;\mathrm{Dissolved}\;\\\mathrm{heavy}\;\mathrm{metals},\;\mathrm{ex}.\;\mathrm{Fe},\;\mathrm{Zn},\;\mathrm{Pb},\;\mathrm{etc})\end{array}$$ (2)

컬럼 실험에 사용한 광산배수는 Fe, Cu를 비롯한 2가 금속 이온의 함량이 낮아(Table 3), 황화물이 금속황화물(metal-sulfide) 형태의 제거 기작이 발현되지 못하고, HS-와 H2S의 형태로 존재함으로써 H2S를 가스형태로 배출했을 것으로 보인다. 이에 따라, 슬러지 투입을 통해 추가로 2가 금속 이온을 공급하여 황화물을 금속황화물로 침전시킴으로써 제거 효율을 높이고자 추가적인 컬럼실험을 수행하였다.

Table 3. Concentrations of metal ion in mine drainage (mg/L)

Fe Zn Cu Pb Mn
0.013 0.003 N.D.1) N.D. 0.227
1)N.D.: Not determined

추가 실험결과, 생물반응기 컬럼 Set을 통과한 배출수의 pH는 유입수에 비해 상대적으로 낮게 형성되었고, 상향류의 구조를 갖는 컬럼 Set E와 F는 하향류의 Set G와 H에 비해 상대적으로 높은 pH를 유지하였다. Set E와 F의 배출수는 Set G와 H의 배출수와 비교하였을 때 생물반응기 상단부에 존재하면서 공기 중에 노출되는 시간이 많아, 배출수 내 CO2가 탈기되면서 pH가 상대적으로 높게 형성된 것으로 보인다.

각각의 컬럼 배출수에서 ORP를 측정한 결과, 슬러지가 첨가되지 않은 Set F와 H가 슬러지가 첨가된 Set E와 G에 비해 안정적인 환원환경이 조성되는 것으로 보인다. 컬럼 Set F와 H는 -350 mV 이하의 강한 환원환경이 조성되었다. 또한 62일이 경과한 후 TOC는 모든 컬럼에서 안정화되기 시작하였고, 유입수와 비교할 때 약 10~20 mg/L의 TOC가 생물반응기 컬럼 내 기질물질을 통해 공급되는 것으로 확인되었다(Fig. 5).

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Fig. 5.

Variation of pH, ORP, TOC and Sulfate in additional column test (Set E, F, G, H).

생물반응기인 컬럼 Set E, F, G, H에서 슬러지의 첨가 유무, 흐름방향의 차이에 따른 황산염 및 총 황의 제거 효율을 분석하였다. 상향류의 구조를 갖는 Set E와 F는 시간이 경과함에 따라 황산염 환원 및 총 황의 제거율이 감소하는 경향을 보였다. 반면 하향류 구조의 Set H는 장시간에 걸쳐 40% 이상의 총 황 제거율을 보여 생물반응기의 흐름구조는 하향류가 효율이 높은 것으로 판단된다. 상향류 구조는 배출수가 장시간 공기 중에 노출되어 환원된 황화물이 재산화되어, 가정하였던 가스상태의 이산화황(H2S) 배출에 따른 총 황의 제거가 용이하지 않는 것으로 보인다(Fig. 6).

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Fig. 6.

Variation of dissolved sulfur species in bioreactor of additional column test (Set E, F, G, H).

한편 슬러지가 주입된 컬럼 Set E와 G는 시간이 경과함에 따라 환원환경이 조성되고, 금속환원균에 의해 슬러지 내 금속(Fe, Zn 등)의 환원성 용해가 발생하였으며, 황산염과 반응하여 침전하였다. 슬러지에 함유된 비소는 용출됨으로써 컬럼 내 비소 함유량이 지속적으로 증가하여 Set G에서는 4.3 mg/L, Set H에서는 6.4 mg/L의 최대 함량을 기록하였다(Fig. 7). 비소는 자연상태에서 As(V)와 As(III)로 존재하고 환원상태인 As(III)가 As(V)보다 독성과 이동도가 높다(Johnston and Singer, 2007; Tufano and Fendorf, 2008; Luo et al., 2013). 환원환경에서 Desulfotomaculum auripigmentum과 같은 일부 황산염환원균(SRB)은 As(V)를 As(III)로 환원시킨 후 arsenic trisulfide(As2S) 또는 웅황(orpiment)으로 침전시키기도 한다(Newman et al., 1997). 그러나 본 컬럼실험의 경우 비소가 황화물로 침전되기보다 환원된 As(III)의 이동이 두드러지게 나타났다. 비소는 1급 독성물질로 수생태계뿐만 아니라 인간에게도 영향을 미치며 특히 컬럼 내부의 미생물에서 독성을 미쳐 생물반응기로의 기능을 저해할 수 있다. 따라서 태국M광산에서 운영하는 수처리 시설의 슬러지는 생물반응기의 부수적인 기질물질로 적정하지 않는 것으로 판단된다.

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Fig. 7.

Variation of As concentrations in bioreactor of additional column test.

SEM-EDS 분석결과, 침전물의 황 함량이 11.16%의 높은 값으로 검출됨에 따라 환원된 황산염의 일부가 황 또는 황화물 형태로 침전한 것을 알 수 있었다. XRD 분석결과, 석고(Gypsum, CaSO4․2H2O), 나트륨망간함수산화물(Birnessite, Na0.55Mn2O4․1.5H2O), 나트륨망간함수산화물(Birnessite, Na0.364MnO2․0.544H2O), 칼륨망간함수산화물(Potassium manganese oxide hydrate, K0.27MnO2․0.54H2O), 황(Elemental sulfur) 등의 광물이 확인되었으며, 그중 석고와 황이 황산염이 전환된 형태로 판단된다(Fig. 8).

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Fig. 8.

Analytical results of (A) SEM-EDS and (B) XRD of the column precipitate.

결론

광산인근 기질물질을 활용하여 광산배수 내 황산염 제거효율을 컬럼실험을 통해 평가하였다. 유기탄소원으로 우분을 단독 사용 또는 버섯퇴비와 혼합하여 사용하였으며 보조제로써 볏짚 또는 석회석을 적용한 결과, 우분과 버섯퇴비를 혼합한 기질물질을 탄소원으로 사용하는 컬럼이 안정적으로 높은 황산염 제거율을 보였다. 보조제로써 사용한 볏짚과 석회석은 황산염 제거율에 직접적인 영향을 미치지 않지만 체류시간을 조절함으로써 간접적으로 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 또한 볏짚이 보조제로써 사용되었을 때 TOC 발생 및 황산염 제거율에서 더 좋은 효율을 보였다. 따라서 우분과 버섯퇴비, 볏짚의 혼합물이 황산염 환원 및 제거를 위한 생물반응기의 적정 기질물질로 판단된다. 또한, 체류시간이 1.2일보다 2.0일로 더 지속될 때 황산염제거효과가 더 높게 나타났다. SRB에 의해 환원된 황산염은 중금속과 결합하여 침전·제거되는 기작과 황화수소로 배출되는 기작이 있으며, 본 연구에서 사용한 광산배수에는 중금속 농도가 낮기 때문에 황화수소로 배출하면서 황이 제거되는 것이 주요 기작으로 판단된다. 또한 컬럼 내부에 발생한 침전물의 표면분석 및 광물학적 분석결과, 석고와 황 형태의 침전이 부수적으로 발생함으로써 황산염이 제거됨을 확인하였다.

중금속과 결합하여 황화물이 제거될 수 있도록 중금속을 포함한 슬러지를 투입한 결과, 슬러지 내 비소가 환원되고 유출됨으로써 SRB 성장저해 효과를 야기할 수 있는 것으로 나타났다. 이에 따라 슬러지 투입 없이 적용하는 것이 적합한 것으로 판단되며, 유입수의 흐름방향을 상향류와 하향류로 나누어서 연구를 수행한 결과, 공기 중에 노출되는 시간을 최소화하는 하향류의 황산염 제거 효율이 더 높게 나타났다. 또한, 배출수를 폭기 시켜줌으로써 CO2를 탈기시키고, HCO3-의 분해를 유도하여 알칼리도를 감소시켜 안정화시킨 물을 최종적으로 배출하면 주변 환경에 미치는 영향을 최소화 할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구결과를 통해, 향후 기질물질의 초기 투입만으로 SRB에 유기탄소원을 공급함으로써 황산염을 환원 및 저감시키는 생물반응기를 현장에 적용할 수 있을 것이다.

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