Removal Technology for Arsenic in Mine Drainage with the Consideration of Its Geochemical Characteristics

doi:None

All Issue

2011 Vol.48, Issue 2 Preview Page Next Page

Removal Technology for Arsenic in Mine Drainage with the Consideration of Its Geochemical Characteristics 광산배수의 지구화학적 특성에 따른 비소 처리기술 평가: 김아영, 고명수, 김주용, 김경웅, 방선백, 심연식, 박현성
Ah-Young Kim, Myoung-Soo Ko, Ju-Yong Kim, Kyoung-Woong Kim, Sunbaek Bang, Yonsik Sim and Hyun-Sung Park

30 April 2011. pp. 145-154

PDF

Abstract

This study was focused on the arsenic removal from mine drainage considering geochemical characteristics of mine drainage. Study sites were selected for Gwangyang and Dumungol mine located in Jeonnam Province, South Korea. Arsenic from Gwangyang acid mine water and acidic leachate was removed only by neutralization and co-precipitation due to high concentration of Fe and/or Al. Arsenic removal from acid mine drainage (AMD) was strongly controlled by pH and Fe and/or Al. When pH was increased to pH 4.5, approximately 96% of arsenic and 91% of iron from Gwangyang acidic mine water were removed by Fe-As co-precipitation. Arsenic from Gwangyang acidic leachate was perfectly removed with Al precipitate at pH 6.0 by Al-As co-precipitation. Arsenic from Dumungol neutral mine water was removed by adsorption technology using iron-containing adsorbents such as ZVI, GFO, and mine sludge generated from AMD treatment system. Mine sludge had amorphous goethite (FeO) peak and large surface area of 177.9 m2/g indicating great As adsorbent.

Keywords

Arsenic

Mine drainage

Geochemical characteristics

Neutralization and co-precipitation

Adsorption

본 연구는 광산배수의 지구화학적 특성에 따른 광산배수 내 비소의 제거에 초점을 맞추어 진행되었다. 연구 지역은 전남에 위치한 광양광산과 두문골광산을 대상으로 하였다. 광양광산 갱내수 및 침출수는 pH가 낮고 Fe 또는 Al 농도가 비교적 높아 중화처리의 적용만으로도 As의 제거가 이루어졌다. pH가 4.5 부근에 도달하자 광양광산 갱내수 내 약 96%의 As가 91%의 Fe와 함께 공침되어 제거되었으며 침출수의 경우 pH 6.0 부근에서 99%의 As가 Fe, Al과 함께 공침되어 제거되었다. 두문골광산 갱내수 내 As는 철화합물인 ZVI, GFO, AMD슬러지를 이용하여 As를 흡착시킴으로써 제거하고자 하였다. 특히 AMD 처리 시설에서 발생하는 폐기물인 AMD슬러지는 비정질의 goethite 피크를 나타내고, 큰 비표면적을 가지는 것으로 보아 가격과 기능면에서 효율적인 As 흡착제로 이용될 수 있음을 확인하였다.

키워드

비소(As)

광산배수

지구화학적 특성

중화처리 및 공침

흡착

References

김주용, 전효택, 정명채, 1999, “산성광산배수의 처리를 위한 중화제로서 패각류의 이용가능성 평가,” 한국자원공학회지, 제36권 5호, pp. 319-327.
방선백, 최은영, 김경웅, 2005, “비소오염지하수의 현장처리 기술동향: 리뷰,” 자원환경지질, 제38권 5호, pp. 599-606.
신동혁, 이상은, 조순행, 김형철, 하동윤, 2003, “석회석, 패각, 슬래그를 이용한 폐광산 AMD 처리,” 제42회 대한환경공학회 발표논문집, 대한환경공학회, KAIST, 대전, 5월 1-3일, pp. 423-430.
용보영, 조동완, 정진웅, 임길재, 지상우, 안주성, 송호철, 2010, “광산배수 내 자연정화시설 내 버섯퇴비의 중금속 흡착능력 평가,” 자원환경지질, 제43권 1호, pp. 13-20.
이동길, 임길재, 정영욱, 2008, “모형 수조내 광산배수의 산화작용에 의한 2가철 함량변화,” 한국지구시스템공학회지, 제45권 5호, pp. 546-557.
이우춘, 정현수, 김주용, 김순오, 2009, “레피도크로사이트 표면의 비소 흡착 특성 규명,” 자원환경지질, 제42권 2호, pp. 95-105.
전효택, 김주용, 최시영, 1998, “폐 석탄광 주변 지구화학적 환경의 중금속 오염평가 - 강릉탄전 임곡천 일대를 중심으로-,” 자원환경지질, 제31권 6호, pp. 499-508.
정명채, 2003, “영월, 정선 및 평창지역 폐 석탄광 산성광산배수의 환경오염 평가,” 자원환경지질, 제36권 2호, pp. 111-121.
정영욱, 민정식, 이현주, 권광수, 1997, “볏짚 및 우분을 이용한 산성광산배수 정화,” 한국지하수환경학회지, 제4권 3호, pp. 116-121.
정영욱, 임길재, 지상우, 2008, “거풍광산 광산폐기물의 지구화학적 및 수리적 특성에 미친 강우 효과,” 한국지구시스템공학회지, 제45권 5호, pp. 495-504.
지상우, 김선준, 안지현, 1997, “문경 단붕탄광 폐석장 유출수의 조성변화,” 한국지하수환경학회지, 제4권 4호, pp. 169-174.
최명찬, 임정현, 권보연, 장민, 심연식, 김지형, 2009, “탄광슬러지를 이용한 금속광산 산성배수 처리 시 pH 및 온도의 영향,” 한국지하수토양환경학회지, 제14권 1호, pp. 29-35.
최정찬, 이민희, 2004, “고로폐광산 침출수 처리대책 설계,” 한국지하수환경학회지, 제9권 2호, pp. 1-10.
Alloway, B.J., 1990, Heavy Metals in Soils, 2nd ED, Blackie and professional, UK, p. 113.
Bang, S., Pena, M.E., Patel, M., Lippincott, L., Meng, X. and Kim, K.W., 2011, “Removal of arsenic from water by adsorbents: a comparative case study,” Environnmental Geochemistry and Health, Vol. 33, pp. 133-141.
Bigham, J.M., Schewertmann, U., Traina, S.J., Winland, R.L. and Wolf, M., 1996, “Schwertmannite and the chemical modeling of iron in acid sulfate waters,” Geochemica et Cosmochimica Acta, Vol. 60, pp. 2111-2121.
Carlson, L., Bigham, J.M., Schwertmann, U., Kyek, A. and Wagner, F., 2002, “Scavenging of as from acid mine drainage by schwertmannite and ferrihydrite: A comparison with synthetic analogues,” Environmental Science & Technology, Vol. 36, pp. 1712-1719.
Fukushi, K., Sasaki, M., Sato, T., Yanase, N., Amano, H. and Ikeda, H., 2003, “A natural attenuation of arsenic in drainage from an abandoned arsenic mine dump,” Applied Geochemistry, Vol. 18, pp. 1267-1278.
Johnson, D.B. and Hallberg, K.B., 2005, “Acid mine drainage remediation options: a review,” Science of the Total Environment, Vol. 338, pp. 3-14.
Kanel, S.R., Manning, B., Charlet, L. and Choi, H., 2005, “Removal of arsenic(III) from groundwater by nanoscale zero-valent iron,” Environmental Science & Technology, Vol. 39, pp. 1291-1298.
Lee, G., Bigham, J.M. and Faure, G., 2002, “Removal of trace metals by coprecipitation with Fe, Al and Mn from natural waters contaminated with acid mine drainage in the Ducktown Mining District, Tennessee,” Applied Geochemistry, Vol. 17, pp. 569-581.
Meng, Z.G., Korfiatis, G.P., Christodoulatos, C. and Bang, S., 2001, “Treatment of arsenic in Bangladesh well water using a household co-precipitation and filtration system,” Water Research, Vol. 35, pp. 2805-2810.
Wang, J.W., Bejan, D. and Bunce, N.J., 2003, “Removal of arsenic from synthetic acid mine drainage by electrochemical pH adjustment and coprecipitation with iron hydroxide,” Environmental Science & Technology, Vol. 37, pp. 4500-4506.
Wang, S.L. and Mulligan, C.N., 2006, “Natural attenuation processes for remediation of arsenic contaminated soils and groundwater,” Journal of Hazardous Materials, Vol. 138, pp. 459-470.

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 : 48
No :2
Pages :145-154

[1] 김주용, 전효택, 정명채, 1999, “산성광산배수의 처리를 위한 중화제로서 패각류의 이용가능성 평가,” 한국자원공학회지, 제36권 5호, pp. 319-327.

[2] 방선백, 최은영, 김경웅, 2005, “비소오염지하수의 현장처리 기술동향: 리뷰,” 자원환경지질, 제38권 5호, pp. 599-606.

[3] 신동혁, 이상은, 조순행, 김형철, 하동윤, 2003, “석회석, 패각, 슬래그를 이용한 폐광산 AMD 처리,” 제42회 대한환경공학회 발표논문집, 대한환경공학회, KAIST, 대전, 5월 1-3일, pp. 423-430.

[4] 용보영, 조동완, 정진웅, 임길재, 지상우, 안주성, 송호철, 2010, “광산배수 내 자연정화시설 내 버섯퇴비의 중금속 흡착능력 평가,” 자원환경지질, 제43권 1호, pp. 13-20.

[5] 이동길, 임길재, 정영욱, 2008, “모형 수조내 광산배수의 산화작용에 의한 2가철 함량변화,” 한국지구시스템공학회지, 제45권 5호, pp. 546-557.

[6] 이우춘, 정현수, 김주용, 김순오, 2009, “레피도크로사이트 표면의 비소 흡착 특성 규명,” 자원환경지질, 제42권 2호, pp. 95-105.

[7] 전효택, 김주용, 최시영, 1998, “폐 석탄광 주변 지구화학적 환경의 중금속 오염평가 - 강릉탄전 임곡천 일대를 중심으로-,” 자원환경지질, 제31권 6호, pp. 499-508.

[8] 정명채, 2003, “영월, 정선 및 평창지역 폐 석탄광 산성광산배수의 환경오염 평가,” 자원환경지질, 제36권 2호, pp. 111-121.

[9] 정영욱, 민정식, 이현주, 권광수, 1997, “볏짚 및 우분을 이용한 산성광산배수 정화,” 한국지하수환경학회지, 제4권 3호, pp. 116-121.

[10] 정영욱, 임길재, 지상우, 2008, “거풍광산 광산폐기물의 지구화학적 및 수리적 특성에 미친 강우 효과,” 한국지구시스템공학회지, 제45권 5호, pp. 495-504.

[11] 지상우, 김선준, 안지현, 1997, “문경 단붕탄광 폐석장 유출수의 조성변화,” 한국지하수환경학회지, 제4권 4호, pp. 169-174.

[12] 최명찬, 임정현, 권보연, 장민, 심연식, 김지형, 2009, “탄광슬러지를 이용한 금속광산 산성배수 처리 시 pH 및 온도의 영향,” 한국지하수토양환경학회지, 제14권 1호, pp. 29-35.

[13] 최정찬, 이민희, 2004, “고로폐광산 침출수 처리대책 설계,” 한국지하수환경학회지, 제9권 2호, pp. 1-10.

[14] Alloway, B.J., 1990, Heavy Metals in Soils, 2nd ED, Blackie and professional, UK, p. 113.

[15] Bang, S., Pena, M.E., Patel, M., Lippincott, L., Meng, X. and Kim, K.W., 2011, “Removal of arsenic from water by adsorbents: a comparative case study,” Environnmental Geochemistry and Health, Vol. 33, pp. 133-141.

[16] Bigham, J.M., Schewertmann, U., Traina, S.J., Winland, R.L. and Wolf, M., 1996, “Schwertmannite and the chemical modeling of iron in acid sulfate waters,” Geochemica et Cosmochimica Acta, Vol. 60, pp. 2111-2121.

[17] Carlson, L., Bigham, J.M., Schwertmann, U., Kyek, A. and Wagner, F., 2002, “Scavenging of as from acid mine drainage by schwertmannite and ferrihydrite: A comparison with synthetic analogues,” Environmental Science & Technology, Vol. 36, pp. 1712-1719.

[18] Fukushi, K., Sasaki, M., Sato, T., Yanase, N., Amano, H. and Ikeda, H., 2003, “A natural attenuation of arsenic in drainage from an abandoned arsenic mine dump,” Applied Geochemistry, Vol. 18, pp. 1267-1278.

[19] Johnson, D.B. and Hallberg, K.B., 2005, “Acid mine drainage remediation options: a review,” Science of the Total Environment, Vol. 338, pp. 3-14.

[20] Kanel, S.R., Manning, B., Charlet, L. and Choi, H., 2005, “Removal of arsenic(III) from groundwater by nanoscale zero-valent iron,” Environmental Science & Technology, Vol. 39, pp. 1291-1298.

[21] Lee, G., Bigham, J.M. and Faure, G., 2002, “Removal of trace metals by coprecipitation with Fe, Al and Mn from natural waters contaminated with acid mine drainage in the Ducktown Mining District, Tennessee,” Applied Geochemistry, Vol. 17, pp. 569-581.

[22] Meng, Z.G., Korfiatis, G.P., Christodoulatos, C. and Bang, S., 2001, “Treatment of arsenic in Bangladesh well water using a household co-precipitation and filtration system,” Water Research, Vol. 35, pp. 2805-2810.

[23] Wang, J.W., Bejan, D. and Bunce, N.J., 2003, “Removal of arsenic from synthetic acid mine drainage by electrochemical pH adjustment and coprecipitation with iron hydroxide,” Environmental Science & Technology, Vol. 37, pp. 4500-4506.

[24] Wang, S.L. and Mulligan, C.N., 2006, “Natural attenuation processes for remediation of arsenic contaminated soils and groundwater,” Journal of Hazardous Materials, Vol. 138, pp. 459-470.

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

All Issue