KR20210101185A - 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물 및 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물은, 황철석 광물을 포함하는 지하수에 산화 촉진제를 포함하는 조성물을 첨가하는 것 만으로 간편하게 지하수 내의 비소의 자연저감 기작의 속도를 상승시킬 수 있어, 별도의 공정 또는 장치가 필요 없으므로 현장에 바로 적용이 가능하다.

Description

지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물 및 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법 {COMPOSITION FOR ACCELERATING THE NATURAL REDUCTION OF ARSENIC IN GROUNDWATER AND METHOD OF ACCELERATING NATURAL REDUCTION OF ARSENIC IN GROUNDWATER}

본 명세서에는 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물 및 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법이 개시된다.

대부분의 선진국에서는 지하수를 대표적인 수자원으로 사용하고 있으며, 물산업의 중요한 부분으로서 연구 및 개발하고 있다. 하지만 지표수를 대부분의 수자원으로 사용하고 있는 우리나라의 경우, 지하수에 관한 규제 및 관리가 제대로 이루어지지 않아, 지하수 오염이 심각한 수준으로 보고되고 있다.

종래의 연구결과에 따르면, 다양한 오염원으로부터 무기 오염물질들이 토양으로 유입되며, 토양으로 유입된 무기오염물질들은 지중 환경 내 지하수로 유입되어 지중환경을 교란시킨다. 이러한 무기오염물질들은 인체에 직·간접적으로 영향을 미쳐 위해성이 발생한다.

구체적으로, 비소(As)는 지중 환경 내 자연적으로 존재하거나 다양한 산업활동으로 인해 인위적인 발암형태로 존재하며, 유·무기 형태의 비소에 대한 노출, 흡입 및 섭취시에는 인간 및 포유 동물에게 여러 가지 건강 장애를 일으킨다. 따라서 비소 제거에 관한 연구는 지난 20 년 간 주요 연구 분야로 여겨졌다. 일반적으로 비소는 유기 또는 무기 형태로 존재할 수 있고, 무기 형태는 유기 형태보다 독성이 심각하다. 전형적으로 지하수 내 비소는 3가 비소 (AsO₃ ^{3 -}, As(III)) 또는 5가 비소 (AsO₄ ^3-, As(V)) 형태로 존재한다. 미국 환경청(USEPA)에서는 음용수 내 비소 허용 농도를 10 μg/L으로 설정하였고, 한국의 경우 50 μg/L으로 설정하였다.

기존의 지하수 처리 방법은 주로 투수성 반응 벽체와 같은 적극적 처리 방법에 집중되어 있으나 투수성 반응 벽체 기술은 비교적 소규모이며 오염원이 분산된 형태의 지하수 오염에는 비효율적인 단점이 있다. 또한 현장 특성을 충분히 고려하지 않은 상태에서의 적극적 지하수 처리 방법은 오히려 높은 환경 부하 발생으로 인해 지중환경 질을 감소시킬 수 있다.

이에 반해 자연저감은 오염발생 현장에서 오염물질을 생분해, 분산, 희석, 방사성물질의 붕괴 및 흡착 등의 자연능력에 의한 기작으로 정화하는 현상을 말하며, 지하수 내 오염물질의 저감 양상을 파악하여 이후 정화기술 적용에 있어 적절한 처리 기술을 도입함으로써 지중환경 내 환경부하량을 줄일 수 있다. 또한 정화 후 후속공정이나, 사후관리에 있어서 활용 가능한 장점이 있다.

그러나 자연저감은 투수성 반응 벽체와 같은 적극적 지하수 처리 방법에 비해 반응 시간대비 저감 효율이 떨어지는 것이 사실이다.

따라서, 최소한의 기술로 자연저감의 속도를 상승시키되, 환경부하량을 최소로 하여, 지중환경 질을 훼손하지 않는 자연저감 촉진 기술을 필요로 한다.

구체적으로, 자연저감 속도는 오염발생 지역의 산화환원 조건과 양이온 교환 능력(Cation Exchange Capacity), 철 산화물 함량, 수소 이온 농도(pH), 용존 산소 함량(Dissolved Oxygen Contents), 황 산화물 함량, 총 용존 고형물(Total Dissolved Solid) 함량 등에 따라 달라진다.

구체적으로, 국내 지하수 내 대표적인 오염물질인 비소의 경우, 환원환경에서 대부분 독성이 강하고 이동성이 좋은 3가 비소의 형태로 존재하여 자연저감 속도가 늦은 반면에, 산화환경에서는 비교적 이동성이 떨어지는 5가 비소의 형태로 존재하여 자연저감이 비교적 잘 일어날 수 있다. 또한 비소의 경우, 자연상태에서 대부분 철 함유 광물에 의한 흡착 현상으로 저감되기 때문에 지중환경 내 철 산화물 함량이 중요하게 작용한다.

한편, 지하수는 지하의 지층 또는 암석 내의 공극을 따라 이동하는데, 국내 암반대수층의 화성변성암은 대부분 철·황화광물이 함유되어 있다. 황화철 광물은 수용액 상에서 Fe^{2 +}와 SO₄ ^2-로 존재하며, Fe^{2 +}의 높은 반응성으로 인해 쉽게 전자주개로 작용하여 Fe^{3 +}로 산화된다. 이 때 발생한 전자를 통해 주변 오염물질과의 산화·환원반응이 일어나고, 흡착 및 침전과 같은 자연 반응을 통해 오염물질이 제거될 수 있다.

따라서, 황화철 광물의 산화를 촉진시킬 수 있는 환경 조성이 필요하다.

한국 공개 특허 제10-2010-00124318호 한국 등록 특허 제10-0868776호

일 측면에서, 본 발명의 목적은, 별도의 기기 또는 복잡한 공정 없이 경제적이며, 환경부하를 일으키지 않으면서, 지하수 내 비소의 자연저감을 촉진시키는 것이다.

일 측면에서, 본 발명의 일 구현예에서는, 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물로서, 상기 지하수는 황화철 광물 및 비소를 포함하고, 상기 조성물은 산화 촉진제를 포함하는 것인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물을 제공한다.

또 다른 일 측면에서, 본 발명의 일 구현예에서는, 황화철 광물 및 비소를 포함하는 지하수를 준비하는 단계; 및 상기 지하수에 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물을 첨가하는 단계;를 포함하고, 상기 조성물은 산화 촉진제를 포함하는 것인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법을 제공한다.

일 측면에 있어서, 본 발명에 따르면, 황철석 광물을 포함하는 지하수에 산화 촉진제를 포함하는 조성물을 첨가하는 것만으로, 간편하게 지하수 내 오염물질, 특히 비소의 자연저감 속도를 촉진시킬 수 있고 별도의 공정 또는 장치가 필요 없으므로 현장에 바로 적용이 가능하다.

다른 측면에서, 본 발명의 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법은, 지중환경 내 특히 국내 암반 대수층에 자연적으로 존재하는 황철석 광물을 이용하는 점과, 적극적 처리에 비해 시간대비 저감 효율은 낮지만 적극적 처리 후 장기적으로 봤을 때 지중환경을 훼손하지 않으면서 자연적 저감 기작의 속도를 상승시키기 때문에 비교적 친환경적이며 경제적이라고 할 수 있다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따라, 황철석을 함유한 광물과 비소 수용액만 첨가하였을 때(Py), 황철석을 함유한 광물에 비소 수용액 및 산화 촉진제를 함께 넣어주었을 때(Py + NaClO), 각 시간 별 비소 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 황철석을 함유한 광물과 비소 수용액만 첨가하였을 때(Py), 황철석을 함유한 광물에 비소 수용액 및 산화 촉진제를 함께 넣어주었을 때(Py + NaClO), 최종 발생 황산 이온 농도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 황철석을 함유한 광물과 비소 수용액만 첨가하였을 때(Py), 황철석을 함유한 광물에 비소 수용액 및 산화 촉진제를 함께 넣어주었을 때(Py + NaClO), 각 시간별 철 이온 농도 변화를 나타낸 그래프이다.

용어 정의

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

예시적인 구현예들의 설명

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물로서, 상기 지하수는 황화철 광물 및 비소를 포함하고, 상기 조성물은 산화 촉진제를 포함하는 것인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물을 제공한다.

국내 암반 대수층의 화성변성암은 대부분 철·황화광물이 함유되어 있고, 지하수 내에 포함된 황화철 광물을 이용하여 지하수 내 비소를 제거하여 지하수를 정화시킬 수 있다.

본 명세서에서 “비소”의 경우 자연적으로, 산화 환경일 때 이동성이 떨어지고, 철 산화물 함량이 많을 때 철 산화물에 흡착되어 저감이 잘 되는 성질을 가지고 있다. 따라서, 비소의 자연저감을 촉진시키기 위해 산화 촉진제를 이용하여 산화 환경을 조성해줄 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 산화 촉진제를 포함하는 조성물을 이용하여, 지하수 내의 황화철 광물의 산화를 촉진시켜, 간편하게 지하수 내 오염물질, 특히 암반 대수층 지하수 내의 비소의 자연저감 속도를 촉진시킬 수 있고, 별도의 공정 또는 장치가 필요 없으므로 현장에 바로 적용이 가능하다.

일 구현예에서, 상기 황화철 광물은 황철석(Pyrite), 백철석(Marcasite), 그레자이트(Greigite), 트로일라이트(Troilite) 및 자황철석(Pyrrhotite)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 황철석(FeS₂, 순도 99.9%)일 수 있고, 더욱 바람직하게는 표준 페루산 황철석(FeS₂,99.9%)일 수 있다.

본 명세서에서 “황철석”은 황화철(iron sulfide)의 주성분으로써 FeS₂의 화학식을 갖는 등축정계의 광물이다. 구체적으로 본 명세서의 황철석(FeS₂)은 Fe^{2 +}의 높은 반응성으로 인해 쉽게 산화되고 전자주개로써 작용한다. 이러한 화학적 기작은 주변의 오염물질과 상호작용 할 수 있다. 예컨대 비소나 우라늄과 같은 무기오염물질과의 흡착이나 공침작용을 통해 제거되는 기작이 가능하며, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 구현예에서, 상기 산화 촉진제는 차아염소산나트륨(NaClO), 과산화수소(H₂O₂), 과망간산칼륨(KMnO₄), 과망간산나트륨(NaMnO₄) 및 브롬산나트륨(NaBrO₃)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 차아염소산나트륨(NaClO)일 수 있다.

본 명세서에서 “차아염소산나트륨”은 NaClO의 화학식을 가지며, 강한 산화작용과 표백작용을 가지는 무색투명하거나 연한 담색의 액체로서 그 산화특성에 의해 정수처리장에서 소독제로 이용되고 있다. 이외에도 살균 및 소독, 탈취제로서의 용도로 쓰인다.

구체적으로, 본 명세서의 차아염소산나트륨은 물과 반응하면 수산화나트륨(NaOH)과 차아염소산(HOCl)으로 존재하며, 이 때 생성된 차아염소산(HOCl)의 산화력이 우수하다.

일 구현예에서, 상기 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물은 증류수를 더 포함하고, 상기 산화 촉진제 및 증류수의 부피비는 1: 1 내지 20일 수 있고, 예컨대 1: 1 내지 1: 10일 수 있고, 1 : 9, 1 : 4, 1 : 2.3, 1 : 1.5 또는 1 : 1 일 수 있다. 산화 촉진제 부피가 증류수의 부피보다 초과하는 경우에는 산화 촉진제의 양이 과도하여, 산화 부산물인 황산염이 과도하게 생성될 수 있고, 기타 토양 및 지하수 내 미생물과 같은 지중환경 요소들에 영향을 미치게 되므로 부가적인 환경부하가 발생할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 지하수의 pH는 6.5 내지 7.0일 수 있다. 이는 평균적인 지하수의 pH로서 본 발명의 일 구현예에 따른 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물은 평균적인 지하수의 pH에서 간편하게 비소의 자연적 저감 기작을 촉진시킬 수 있다.

일 구현예에서, 상기 지하수의 비소 농도는 10 μg/L 이상일 수 있고, 예컨대 50 μg/L 이상, 100 μg/L 이상, 500 μg/L 이상, 또는 1 mg/L 이상일 수 있다. 미국 환경청의 비소 오염 기준농도는 10 μg/L 이상이며, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 10 μg/L 이상 또는 50 μg/L 이상에서도 효율적인 비소 제거가 가능하다.

일 구현예에서, 상기 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물의 비소 제거 효율은, 초기 농도가 1 mg/L일 때, 500분 이내에 100%일 수 있다.

지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 황화철 광물 및 비소를 포함하는 지하수를 준비하는 단계; 및 상기 지하수에 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물을 첨가하는 단계;를 포함하고, 상기 조성물은 산화 촉진제를 포함하는 것인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법을 제공한다.

국내의 지하수 내 오염물질 제거 기술은 in-situ 나 ex-situ 방식의 처리 기술에 집중되어 있고, 이는 부가적인 환경 오염을 야기시킬 수 있으며 지중환경을 교란시킬 수 있다. 반면에 자연저감은 흡착이나 침전 등의 자연적 기작에 의해 오염물질이 스스로 저감되는 방식이다.

그러나 지하수 내 자연저감 속도는 in-situ 나 ex-situ 처리 방식과 같은 적극적 처리 방법에 비해 오염물질 저감 속도가 느리다.

따라서 본 발명의 일 구현예에서는, 친환경적인 자연저감 속도를 촉진시켜주기 위한 방법을 제공하며, 최소한의 촉진제를 주입해주기 때문에 지중환경에 피해를 입히지 않으면서 오염물질이 저감되는 효과를 누릴 수 있다.

일 구현예에서, 상기 황화철 광물은 황철석(Pyrite), 백철석(Marcasite), 그레자이트(Greigite), 트로일라이트(Troilite) 및 자황철석(Pyrrhotite)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 황철석(FeS₂, 순도 99.9%)일 수 있고, 더욱 바람직하게는 표준 페루산 황철석(FeS₂,99.9%)일 수 있다.

일 구현예에서, 상기 산화 촉진제는 차아염소산나트륨(NaClO), 과산화수소(H₂O₂), 과망간산칼륨(KMnO₄), 과망간산나트륨(NaMnO₄) 및 브롬산나트륨(NaBrO₃)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 차아염소산나트륨(NaClO)일 수 있다.

일 구현예에서, 상기 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물은 증류수를 더 포함하고, 상기 산화 촉진제 및 증류수의 부피비는 1: 1 내지 20일 수 있고, 예컨대 1: 1 내지 1: 10일 수 있고, 1 : 9, 1 : 4, 1 : 2.3, 1 : 1.5 또는 1 : 1일 수 있다. 상기 부피비가 1: 1 미만인 경우 산화 촉진제의 양이 과도하여 토양 및 지하수 내 미생물과 같은 지중환경 요소들에 영향을 미치게 되므로 부가적인 환경부하가 발생할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 황화철 광물 표면에, 비소-철 화합물이 형성될 수 있으며, 산화촉진제를 포함하는 조성물이 황화철 광물의 산화를 촉진시켜, 지하수 내의 비소와 황철석의 산화를 통해 생성된 산화철이 반응하여, 예컨대 FeAsO₄, Fe-H₂AsO₄H₂O 등의 화합물이 황화철 광물 표면에 형성될 수 있다.

구체적으로, 황철석의 산화로 생성된 Fe^{2 +}가 빠르게 산화되어 Fe^{3 +}가 형성되고, 산화가 계속 진행되면서 결국엔 황철석 표면에 산화철이 형성된다. 황철석 표면에 생성된 산화철과 비소가 반응하여 비소의 저감이 일어나는 것이며, 이 모든 반응은 황철석 표면에서 빠르게 진행된다. 즉, 산화로 인해 형성된 산화철이 지하수 내 비소를 흡착 또는 공침 반응에 의해 저감하는 역할을 한다고 볼 수 있다.

일 구현예에서, 상기 지하수의 pH는 6.5 내지 7.0일 수 있다. 이는 평균적인 지하수의 pH로서 본 발명의 일 구현예에 따른 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물은 평균적인 지하수의 pH에서 간편하게 비소의 자연적 저감 기작을 촉진시킬 수 있다.

일 구현예에서, 상기 지하수의 비소 농도는 10 μg/L 이상일 수 있고, 예컨대 50 μg/L 이상, 100 μg/L 이상, 500 μg/L 이상, 또는 1 mg/L 이상일 수 있다.

일 구현예에서, 상기 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물의 비소 제거 효율은, 초기 농도가 1 mg/L일 때, 500분 이내에 100%일 수 있다.

이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시에는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 범위가 이에 한정되지 않는다.

실시예

하기 실험과 관련하여, 비소 저감 농도 분석을 위해 ‘유도 결합 플라즈마 발광 분석기(ICP-OES)’를 이용하였고, 본 발명의 황철석(FeS₂) 산화에 의한 총 철의 함량 분석을 위해 상기와 같은 ICP-OES 분석장비를 이용하였다.

또한, 황철석(FeS₂)의 산화로 인한 Fe^{2 +} 및 SO₄ ^2-의 농도변화를 확인하기 위해 ‘자외선 및 가시선 분광분석법 (UV-vis spectroscopy)’을 이용하였다.

<비소 수용액 제조>

미국 환경청(EPA)에 따르면 먹는 물 기준 비소 오염 기준치는 10 μg/L이며, 국내의 경우 50 μg/L이다. 예컨대 국내 지하수의 경우 여름철에는 15 곳, 겨울철에는 14 곳에서 미국 환경청 기준치인 10 μg/L을 초과하는 것으로 나타났다. 따라서 본 명세서에서는 확실한 자연저감 촉진을 증명하기 위해 1 mg/L의 수용액을 선택하였다.

모든 실험은 혐기성 챔버 내에서 이루어졌으며 수용액에 질소 가스를 주입하여, 지하수 환경을 조성해주었다.

<지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물 제조>

지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물은 1.075 M의 차아염소산나트륨 (NaClO) 및 증류수와 혼합하여 제조하였고, 부피비에 따른 혼합 비율은 산화력에 따라 1 : 9, 2 : 8, 3 : 7, 4 : 6, 내지 5 : 5일 수 있다. 하기 실시예에서는 부피비 1 : 9의 비율로 제조하였다.

<kinetic test>

시간 별 비소 저감 효과를 확인하기 위하여 kinetic test를 진행하였다. 반응 시간은 5 min, 10 min, 15 min, 30 min, 1 h, 2 h, 4 h, 6 h, 8 h, 16 h으로 설정하였고, 각 시간마다 비소 농도 및 철의 농도를 확인하였다.

우선 각 시간별로 250 mL 날진 튜브에 황철석(FeS₂) 함유 광물 10 g을 넣고 1 mg/L의 비소 수용액 100 mL를 넣어주었다. 그 뒤 1 : 9의 혼합 비율(산화 촉진제: 증류수)에 따른 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물 10 mL를 넣어주었고 항온혼합기를 이용하여 25℃에서 150rpm으로 반응시켰다. 또한, 산화 촉진제에 의한 비소 저감 효과를 검증하기 위하여, 산화 촉진제를 넣지 않은 시료를 각 시간마다 준비하여 상기에서와 마찬가지로 25℃, 150rpm으로 반응시키는 과정을 거쳤으며, 그 결과는 도 1에 나타내었다.

도 1을 참조하면, 산화 촉진제를 넣어준 시료(Py + NaClO)의 경우, 산화 촉진제를 넣어주지 않은 시료(Py)에 비해 비소 농도가 빠르게 저감되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 산화 촉진제를 넣어준 시료(Py + NaClO)의 경우, 480분 이내 모든 비소가 제거되었으나 산화 촉진제를 넣어주지 않은 시료(Py)의 경우, 16 시간 이내 모든 비소가 제거되었다.

따라서 시간에 따른 비소 저감 속도를 비교하였을 때, 산화 촉진제를 넣어준 시료(Py + NaClO)의 비소 저감 속도가 넣어주지 않은 시료(Py)에 비해 약 1.7 배 정도 빠른 것을 알 수 있다. 이는 상기 명시한 산화 촉진제 혼합 비율 중 1 : 9의 비율로 실험한 결과이며, 증류수 대비 산화 촉진제의 비율을 높이면 비소 저감 속도가 더 빠를 것으로 생각된다.

즉, 16 시간에 거쳐 실험을 진행한 결과, 산화 촉진제를 넣어주었을 때 황철석 함유 광물의 산화에 의한 비소 농도 저감이 더욱 더 뛰어났다. 이를 통해 산화제를 넣어주는 과정이 비소 농도 저감에 큰 효력이 있다는 사실을 확인하였다.

<산화 특성 확인>

산화 촉진제의 효력을 증명하기 위해, 황철석 산화 부산물인 황산 이온의 농도를 확인하였다. 자외선 및 가시선 분광분석법(UV-vis spectroscopy)을 이용하여 황산이온을 측정한 결과는 도 2에 나타내었다.

도 2 를 참조하면, 산화 촉진제와 증류수의 비율이 1 : 9 인 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물을 사용한 경우에, 산화 촉진제를 넣어준 시료의 경우 16 시간이 지난 후 황산이온의 농도가 500 mg/L에 달했으나 산화 촉진제를 넣어주지 않은 시료의 경우에는 20 mg/L에 그친 것을 알 수 있다. 이는 산화 촉진제의 작용으로 인해 광물 내 황철석의 산화 속도가 빨라졌다는 것을 의미하며, 동시에 Fe^{2 +}이 빠르게 Fe^{3 +}로 산화되었다는 것을 간접적으로 확인할 수 있다.

또한, 유도결합플라즈마분광기(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry)를 이용하여, 철이온의 농도를 측정하였다. 도 3을 참조하면, 산화 촉진제의 비율이 1 : 9 인 경우에, 용존 상태로 남아 있는 철의 농도를 비교할 수 있다. 산화 촉진제를 넣어준 시료의 경우 산화제에 의해 3가 철이온(Fe³⁺)이 산화철로 침전되어 필터 과정에서 침전물이 제거되었기 때문에 용존 철 농도가 검출되지 않았다.

도 1의 결과에서 알 수 있듯이, 이때 형성된 산화철이 비소와 반응하여 동시에 비소농도가 저감되는 양상을 보이는 것으로 확인되었다. 그러나 산화 촉진제를 넣어주지 않은 시료의 경우 오히려 철의 농도가 점차 증가하는 경향을 보였고, 이는 산화촉진제를 넣어준 경우와 비교하여 상대적으로 산화철 형성 속도가 느려 3가 철이온(Fe^{3 +})의 형태로 수용액 상에 존재하기 때문이다.

따라서 철의 산화를 통해 형성된 철 산화물에 비소가 흡착되어 저감된 것을 확인하였고, 이는 비소 흡착에 효과적인 철 산화물 형성을 빠르게 촉진시켜줌으로써 비소 농도 저감이 효과적으로 일어났다는 것을 의미한다.

Claims (8)

1. 황화철 광물 및 비소를 포함하는 지하수를 준비하는 단계; 및
   상기 지하수에 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물을 첨가하여 상기 황화철 광물을 산화시키는 단계;를 포함하고,
   상기 조성물은 산화 촉진제를 포함하며,
   상기 산화에 의하여 상기 황화철 광물의 표면에 형성된 산화철과 비소가 반응하여, 상기 황화철 광물의 표면에 비소-철 화합물이 형성되는 것을 특징으로 하는, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 황화철 광물은 황철석(Pyrite), 백철석(Marcasite), 그레자이트(Greigite), 트로일라이트(Troilite) 및 자황철석(Pyrrhotite)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 산화 촉진제는 차아염소산나트륨(NaClO), 과산화수소(H₂O₂), 과망간산칼륨(KMnO₄), 과망간산나트륨(NaMnO₄) 및 브롬산나트륨(NaBrO₃)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 지하수 내 비소 자연저감 촉진용 조성물은 증류수를 더 포함하고,
   상기 산화 촉진제 및 증류수의 부피비는 1: 1 내지 20인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법.
5. 제1항에 있어서,
   비소-철 화합물이 표면에 형성된 황화철 광물의 침전물을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 지하수의 pH는 6.5 내지 7.0인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 지하수의 비소 농도는 10μg/L 이상인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법의 비소 제거 효율은, 초기 농도가 1 mg/L일 때, 500분 이내에 100%인, 지하수 내 비소 자연저감 촉진 방법.

Images