The Hydro-characteristic Variations of Mine Drainage in the Hanchang Coal Mine and the Removal Efficiency of the Passive Treatment System

doi:None

All Issue

2005 Vol.42, Issue 1 Preview Page Next Page

The Hydro-characteristic Variations of Mine Drainage in the Hanchang Coal Mine and the Removal Efficiency of the Passive Treatment System 한창탄광 광산배수의 수질 특성 변화와 처리시설 정화효율에 관한 연구: 지상우, 김선준, 고주인
Sang Woo Ji, Sun Joon Kim and Ju In Ko

28 February 2005. pp. 9-19

PDF

Abstract

Sampling of waters from each stage of the passive treatment system, waste rock pile seepage, and spring near the Hanchang coal mine of Kangwon Province were carried out seasonally and analyzed to evaluate the hydro-characteristic variation of mine drainage and the removal efficiency of the passive treatment system. Sulfur isotope compositions were measured to identify the sulfate reduction processes in the SAPS (Successive Alkalinity Producing System). The mine drainages from the Hanchang mine adit showed pH higher than 6.5 at all seasons but continuously increasing iron and sulfate concentrations. Spring waters near the mine were acidic(pH 3.29 ~ 4.57) and showed high concentration of aluminum and sulfate. The sulfate isotope and chemical composition of spring water implied that the oxidation of waste rock be the main factor which govern the quality of groundwater in the vicinity of the Hanchang mine. The acidity removal efficiency in the SAPS was 16.65g/m2/day as an average and the iron removal efficiency was 12.08g/m2/day as an average. However, no appreciable decrease of sulfur content and almost similar sulfur isotope compositions of water from each stage of the treatment system might suggest incomplete or very poor microbiological sulfate reduction. Also the acidity removal efficiencies of the SAPS and aerobic wetland decreased during the winter.

Keywords

hydro-characteristic variation

passive treatment system

removal efficiency

sulfur isotope

광산배수의 계절에 따른 수질 변화와 자연정화시설의 정화효율을 파악하기 위하여 강원도 평창군 소재 한창탄광에서 광산배수, 폐석침출수, 샘물 및 각 처리공정별 처리수에 대한 시료채취와 분석이 수행되었다. 또한 SAPS(Successive Alkalinity Producing System)에서의 황산염환원 반응여부를 인지하고자 황동위원소 조성분석이 수행되었다. 한창탄광의 갱구유출수는 6.5 이상의 pH를 유지하지만 Fe와 SO42-의 농도가 증가되는 경향을 갖는다. 부근 하천수의 수질은 석축침출수에 주로 영향을 받으며 유량의 변화에 따라 영향정도가 달라진다. 샘물은 pH 3.29～4.57의 산성수이며 높은 Al과 SO42- 농도를 보인다. 샘물의 동위원소조성과 화학조성으로 볼 때 지하수의 수질에 영향을 미치는 것은 부근에 방치된 폐석의 산화에 의한 것으로 판단된다. SAPS의 산도 제거율은 평균 16.65 CaCO3 g/m2/day이며 Fe 제거율은 평균 12.08g/m2/day이다. 그러나 SO42- 농도가 거의 줄어들지 않고 황동위원소 조성의 변화도 거의 나타나지 않아 미생물에 의한 황산염환원이 일어나지 않거나 매우 약한 것으로 보인다. 또한 SAPS와 호기성소택지에서의 산도제거율은 겨울철에 매우 불량한 것으로 나타났다.

키워드

수리특성변화

자연정화시설

처리효율

황동위원소

References

권순동, 1999, 제강 슬래그를 이용한 산성광산배수의 처리에 관한 연구, 한양대학교 석사학위논문, pp. 49.
김경호, 나현준, 이성택, 1997, 산성 광산 폐수 처리용 생물 반응기에 사용되는 유기물의 연구, 한국토양환경학회 지, 제2권 1호, pp. 45-50.
김주용, 1998, 산성광산배수에 의한 강릉탄전 임곡천 일대의 수계오염과 처리에 관한 연구, 서울대학교 공학박사 학위논문, pp. 204.
대한광업진흥공사, 1990, 한국의 석탄광(상), pp. 410. 류경근, 이상훈, 안종만, 박재구, 1996, 석회석을 이용한 산성폐수의 중화처리에 관한 연구, 한국자원공학회 제 66차 학술발표회 논문집, pp. 338-349
민정식, 권광수, 조원재, 홍영국, 홍성규, 정영욱, 1995, 폐광에 따른 광산지역 환경개선 연구(폐수, 폐석), 석탄합리화사업단 기술총서 95-02, pp. 268.
박천영, 정연중, 강지성, 2000, 화순 폐탄광지역 광산배수와 침전 및 증발잔류광물에대한 지구화학적 및 광물학적 연구, Econ. Environ. Geol., Vol. 33, No. 5, pp. 39-404.
배위섭, 이승평, 조정식, 기덕원, 남철희, 2001, 폐탄광 자연정화시설 효과분석 및 효율적 사후관리방안 연구, 석탄산업합리화사업단 기술총서 2001-11, pp. 205.
석탄산업합리화사업단 홈페이지, 2003, htt://www.cipb.or.kr
성낙창, 강헌찬, 임재명, 김정권, 1997, 폐탄광 폐수의 자연정화식 처리의 효율증진과 성능향상을 위한 연구, 기술총서 97-04, pp. 289.
유재영, 최인규, 1994, 태백탄전지대의 비정질 철수산화물에 대한 희귀원소의 흡착, 지하수환경, Vol. 1, No. 1, pp. 23-32.
이돈영, 유양수, 1975, 정선탄전 정밀지질조사보고서, 한국자원연구소, pp. 54.
이춘택, 1984, 산성갱내배수가 자연환경에 미치는 영향과 그 처리시설의 설계, 한양대학교 석사학위논문, p. 37.
정명채, 2002, 광산개발에 의한 환경오염 현황, 2002 광해 방지 정책 및 기술 심포지움, 한국지질자원연구원, pp. 37-53.
정명채, 강만희, 2002, SAPS를 활용한 AMD의 정화, 자원공학회 2002년도 추계총회 및 제 79회 학술발표회 논문집, pp. 29-34.
정영욱, Ian Thornton, 1994, 강원도 상동지역 옥동천의 광산산성수 및 하상퇴적물의 중금속오염, 자원환경지질, Vol. 27, No. 1, pp. 101-113.
정영욱, 민정식, 권광수, 이현주, 1997, 광산폐수 정화용 소택지의 기질물질 효율성 평가, 한국자원공학회지, Vol. 34, No. 2, pp. 142-151.
정영욱, 이평구, 이진수, 진명식, 신성천, 홍영국, 염병우, 박성원, 문상호, 김건한, 김상연, 김연기, 이병대, 박진태, 조병욱, 최병인, 민정식, 조원재, 권광수, 이상권, 강선덕, 최용석, 강상수, 조영도, 윤치호, 김인기, 임길재, 염승준, 2001, 폐금속광산 환경오염평가 및 정화기술 연구, 한국지질자원연구원 KR-01(연차)-07, pp. 198.
지상우, 김선준, 안지현, 1997, 문경 단붕탄광 폐석장 유출수의 조성변화, 한국지하수환경학회지,Vol. 4, No. 4, pp. 169-174.
지상우, 이상훈, 이현석, 유상희, 강희태, 김선준, 2003, 남한지역 탄전별 광산배수의 특성에 광한 연구, 한국지하수토양환경학회, 2003년도 춘계학술발표회 논문집, pp. 389-392.
지상우, 2004, 국내 산성광산 배수 자연정화시설의 분석과 갱내 황산염 환원시설 모형실험 연구, 박사학위논문, 한양대학교, 서울, pp. 154.
최정찬, West T.R., 1994, 광산산성수처리를 위한 인산염 자갈의 침전제로서의 역할 평가, 지하수환경, Vol. 1, No. 1, pp. 16-22.
최현수, 고용권, 김천수, 배대석, 윤성택, 2000, 강원도 지역 탄산수의 환경동위원소적 특성, Econ. Environ. Geol. Vol. 33, No. 6, pp. 491-504.
한진규, 2000, 산성광산배수의 처리를 위한 Anoxic Limestone Drain의 수명에 대한 연구, 석사학위논문, 한양대학교, 서울, pp. 35.
허봉, 유재영, 1998, 강원도 강릉시 강동면에 분포하는 폐탄광으로부터의 배수에 의한 임곡천 및 동해의 오염, 지하수환경, Vol. 5, No. 1 , pp. 44-55.
홍성규, 1986, 태백지역 산성갱내수 현상파악 기초조사, 한양대학교 석사학위논문, pp. 29.
황지호, 1998, 도계탄광 부근 산성광산배수의 환경지구화학적 특성과 처리에 대한 연구, 서울대학교 공학박사학위논문, pp. 103.
Bigham, J.M, Schwertmann, U., Traina, S.J., Winland, R.L. and Wolf, M., 1996, Schwertmannite and the chemical modeling of iron in acid sulfate waters, Geochim. Cosmochim. Acta., Vol. 60, No. 12, pp. 2111-2121.
Böttcher, M.E., Thamdrup, B., and Vennemann T.W., 2001, Oxygen and sulfur isotope fractionation during anaerobic bacterial disproportionation of elemental sulfur, Geochim. Cosmochim. Acta, Vol. 65, No. 10, pp. 1601-1609.
Champman, B.M, Jones, D.R. and Jung, R.F., 1983, Processes controlling metal ion attenuation in acid mine drainage streams, Geochim. Cosmochim. Acta., Vol. 47, pp. 1957-1973.
Eager, P. and Wagner, J., 2003, Wetland treatment systems - How long will they really work?, Sudbury 2003 Mining and the Environment, Sudbury, Ontario, Canada, p. 14.
Habicht, K.S., Canfield, D.E., and Rethmeier, J., 1998, Sulfur isotope fractionation during bacterial reduction and disproportionation of thiosulfate and sulfite, Geochim. Cosmochim. Acta, Vol. 62, No. 15, pp. 2585-2595.
Hedin, R.S., Nairn, R.W and Kleinmann, R.L.P., 1994a, Passive treatment of coal mine drainage, US Bureau of Mines IC9389, pp. 35.
Kepler, D.A., and McCleary, E.C., 1994. Successive alkalinityproducing systems (SAPS) for the treatment of acidic mine drainage. p. 195-204. In: Proceedings, International Land Reclamation and Mine Drainage Conference, April 24-29, 1994, USDI, Bureau of Mines SP 06A-94. Pittsburgh, PA.
Krouse, H.R., Cook, F.D., Sasaki, A. and Snejkal, V., 1970, Microbial isotope fractionation in springs in western Canada, In : Ogata, K. and Hayakawa, T. (Eds.) Recent Development in Mass Spectrometry. Proceedings International conference on Mass Spectrometry, Kyoto, Japan, pp. 629-639.
Nairn, R.W. and Mercer, M.N., 2000, Alkalinity generation and metals retention in a successive alkalinity producing system, Mine Water and the Environment, Vol. 19, pp. 124-133.
Rose, A.W., Hawks, H.E. and Webb, J.S., 1979, Geochemistry in mineral exploration (2nd.), Academic Press, pp. 657.
Sato, M., 1960, Oxidation of sulfide ore bodies Ⅰ. Oxidation mechanisms of sulfide minerals at 25℃, Economic Geology, Vol. 55, pp. 1202-1231.

Information

Publisher :The Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers
Publisher(Ko) :한국자원공학회
Journal Title :Journal of the Korean Society for Geosystem Engineering
Journal Title(Ko) :한국지구시스템공학회지
Volume : 42
No :1
Pages :9-19

[1] 권순동, 1999, 제강 슬래그를 이용한 산성광산배수의 처리에 관한 연구, 한양대학교 석사학위논문, pp. 49.

[2] 김경호, 나현준, 이성택, 1997, 산성 광산 폐수 처리용 생물 반응기에 사용되는 유기물의 연구, 한국토양환경학회 지, 제2권 1호, pp. 45-50.

[3] 김주용, 1998, 산성광산배수에 의한 강릉탄전 임곡천 일대의 수계오염과 처리에 관한 연구, 서울대학교 공학박사 학위논문, pp. 204.

[4] 대한광업진흥공사, 1990, 한국의 석탄광(상), pp. 410. 류경근, 이상훈, 안종만, 박재구, 1996, 석회석을 이용한 산성폐수의 중화처리에 관한 연구, 한국자원공학회 제 66차 학술발표회 논문집, pp. 338-349

[5] 민정식, 권광수, 조원재, 홍영국, 홍성규, 정영욱, 1995, 폐광에 따른 광산지역 환경개선 연구(폐수, 폐석), 석탄합리화사업단 기술총서 95-02, pp. 268.

[6] 박천영, 정연중, 강지성, 2000, 화순 폐탄광지역 광산배수와 침전 및 증발잔류광물에대한 지구화학적 및 광물학적 연구, Econ. Environ. Geol., Vol. 33, No. 5, pp. 39-404.

[7] 배위섭, 이승평, 조정식, 기덕원, 남철희, 2001, 폐탄광 자연정화시설 효과분석 및 효율적 사후관리방안 연구, 석탄산업합리화사업단 기술총서 2001-11, pp. 205.

[8] 석탄산업합리화사업단 홈페이지, 2003, htt://www.cipb.or.kr

[9] 성낙창, 강헌찬, 임재명, 김정권, 1997, 폐탄광 폐수의 자연정화식 처리의 효율증진과 성능향상을 위한 연구, 기술총서 97-04, pp. 289.

[10] 유재영, 최인규, 1994, 태백탄전지대의 비정질 철수산화물에 대한 희귀원소의 흡착, 지하수환경, Vol. 1, No. 1, pp. 23-32.

[11] 이돈영, 유양수, 1975, 정선탄전 정밀지질조사보고서, 한국자원연구소, pp. 54.

[12] 이춘택, 1984, 산성갱내배수가 자연환경에 미치는 영향과 그 처리시설의 설계, 한양대학교 석사학위논문, p. 37.

[13] 정명채, 2002, 광산개발에 의한 환경오염 현황, 2002 광해 방지 정책 및 기술 심포지움, 한국지질자원연구원, pp. 37-53.

[14] 정명채, 강만희, 2002, SAPS를 활용한 AMD의 정화, 자원공학회 2002년도 추계총회 및 제 79회 학술발표회 논문집, pp. 29-34.

[15] 정영욱, Ian Thornton, 1994, 강원도 상동지역 옥동천의 광산산성수 및 하상퇴적물의 중금속오염, 자원환경지질, Vol. 27, No. 1, pp. 101-113.

[16] 정영욱, 민정식, 권광수, 이현주, 1997, 광산폐수 정화용 소택지의 기질물질 효율성 평가, 한국자원공학회지, Vol. 34, No. 2, pp. 142-151.

[17] 정영욱, 이평구, 이진수, 진명식, 신성천, 홍영국, 염병우, 박성원, 문상호, 김건한, 김상연, 김연기, 이병대, 박진태, 조병욱, 최병인, 민정식, 조원재, 권광수, 이상권, 강선덕, 최용석, 강상수, 조영도, 윤치호, 김인기, 임길재, 염승준, 2001, 폐금속광산 환경오염평가 및 정화기술 연구, 한국지질자원연구원 KR-01(연차)-07, pp. 198.

[18] 지상우, 김선준, 안지현, 1997, 문경 단붕탄광 폐석장 유출수의 조성변화, 한국지하수환경학회지,Vol. 4, No. 4, pp. 169-174.

[19] 지상우, 이상훈, 이현석, 유상희, 강희태, 김선준, 2003, 남한지역 탄전별 광산배수의 특성에 광한 연구, 한국지하수토양환경학회, 2003년도 춘계학술발표회 논문집, pp. 389-392.

[20] 지상우, 2004, 국내 산성광산 배수 자연정화시설의 분석과 갱내 황산염 환원시설 모형실험 연구, 박사학위논문, 한양대학교, 서울, pp. 154.

[21] 최정찬, West T.R., 1994, 광산산성수처리를 위한 인산염 자갈의 침전제로서의 역할 평가, 지하수환경, Vol. 1, No. 1, pp. 16-22.

[22] 최현수, 고용권, 김천수, 배대석, 윤성택, 2000, 강원도 지역 탄산수의 환경동위원소적 특성, Econ. Environ. Geol. Vol. 33, No. 6, pp. 491-504.

[23] 한진규, 2000, 산성광산배수의 처리를 위한 Anoxic Limestone Drain의 수명에 대한 연구, 석사학위논문, 한양대학교, 서울, pp. 35.

[24] 허봉, 유재영, 1998, 강원도 강릉시 강동면에 분포하는 폐탄광으로부터의 배수에 의한 임곡천 및 동해의 오염, 지하수환경, Vol. 5, No. 1 , pp. 44-55.

[25] 홍성규, 1986, 태백지역 산성갱내수 현상파악 기초조사, 한양대학교 석사학위논문, pp. 29.

[26] 황지호, 1998, 도계탄광 부근 산성광산배수의 환경지구화학적 특성과 처리에 대한 연구, 서울대학교 공학박사학위논문, pp. 103.

[27] Bigham, J.M, Schwertmann, U., Traina, S.J., Winland, R.L. and Wolf, M., 1996, Schwertmannite and the chemical modeling of iron in acid sulfate waters, Geochim. Cosmochim. Acta., Vol. 60, No. 12, pp. 2111-2121.

[28] Böttcher, M.E., Thamdrup, B., and Vennemann T.W., 2001, Oxygen and sulfur isotope fractionation during anaerobic bacterial disproportionation of elemental sulfur, Geochim. Cosmochim. Acta, Vol. 65, No. 10, pp. 1601-1609.

[29] Champman, B.M, Jones, D.R. and Jung, R.F., 1983, Processes controlling metal ion attenuation in acid mine drainage streams, Geochim. Cosmochim. Acta., Vol. 47, pp. 1957-1973.

[30] Eager, P. and Wagner, J., 2003, Wetland treatment systems - How long will they really work?, Sudbury 2003 Mining and the Environment, Sudbury, Ontario, Canada, p. 14.

[31] Habicht, K.S., Canfield, D.E., and Rethmeier, J., 1998, Sulfur isotope fractionation during bacterial reduction and disproportionation of thiosulfate and sulfite, Geochim. Cosmochim. Acta, Vol. 62, No. 15, pp. 2585-2595.

[32] Hedin, R.S., Nairn, R.W and Kleinmann, R.L.P., 1994a, Passive treatment of coal mine drainage, US Bureau of Mines IC9389, pp. 35.

[33] Kepler, D.A., and McCleary, E.C., 1994. Successive alkalinityproducing systems (SAPS) for the treatment of acidic mine drainage. p. 195-204. In: Proceedings, International Land Reclamation and Mine Drainage Conference, April 24-29, 1994, USDI, Bureau of Mines SP 06A-94. Pittsburgh, PA.

[34] Krouse, H.R., Cook, F.D., Sasaki, A. and Snejkal, V., 1970, Microbial isotope fractionation in springs in western Canada, In : Ogata, K. and Hayakawa, T. (Eds.) Recent Development in Mass Spectrometry. Proceedings International conference on Mass Spectrometry, Kyoto, Japan, pp. 629-639.

[35] Nairn, R.W. and Mercer, M.N., 2000, Alkalinity generation and metals retention in a successive alkalinity producing system, Mine Water and the Environment, Vol. 19, pp. 124-133.

[36] Rose, A.W., Hawks, H.E. and Webb, J.S., 1979, Geochemistry in mineral exploration (2nd.), Academic Press, pp. 657.

[37] Sato, M., 1960, Oxidation of sulfide ore bodies Ⅰ. Oxidation mechanisms of sulfide minerals at 25℃, Economic Geology, Vol. 55, pp. 1202-1231.

Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers ISSN:2288-0291(Print) 2288-2790(Online) 한국자원공학회지

All Issue