Journal of the Geological Society of Korea (지질학회지)

The Geological Society of Korea (대한지질학회)
권호 표지

Water contamination by acid rock drainage(ARD) and geochemical behavior of Al and Fe in the contaminated water

채석장 산성배수에 의한 수질오염과 수계 내 Al, Fe의 지화학적 거동

Lee, Byung-Sun;Woo, Nam-Chil
이병선;우남칠

  • Published : 20040600

⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This study is to examine the extent of the influence by acid rock drainage(ARD) originated from a rock quarry located in Guryongsan formation and to understand the geochemical behavior of Al and Fe dissolved in the stream water receiving ARD. Water samples of contaminated, uncontaminated and combined stream have the chemical compositions of $(Ca,\;Mg)-SO_4,\;Ca-HCO_3$ and $Ca-SO_4$ type, respectively. The contaminated stream has high Al and trace metal concentrations compared with the uncontaminated stream and ground-water. The removal of trace metals depended on neutralization, adsorption and/or coprecipitation with Al-precipitates. Weathering of anorthite, albite, plagioclase, chlorite and kaolinite possibly resulted in the enrichment of Al. $Al^{3+}$ concentration appeared to be possibly controlled by precipitation and dissolution of various species such as a jurbanite-like mineral $AlOHSO_4$, a basaluminite-like mineral $Al_4(OH)10SO_4$ and amorphous $Al(OH)_3$. Oxidation of pyrite possibly resulted in the enrichment of Fe. It is inferred that metastable Fe-precipitates was stably transformed to goethite in contaminated stream.

이 연구는 충북 청원군 미원면 남동부에 위치한 채석장을 대상으로, 채석장 산성배수의 영향범위와 Al과 Fe의 지화학적 거동을 규명하고자 수행되었다. 수질유형은 pH에 따라 오염하천에서는 $(Ca,\;Mg)-SO_4$유형, 비오염하천에서는 $Ca-HCO_3$유형, 합류점 이 후 하천에서는 $Ca-SO_4$유형을 보였다. Al이 풍부한 오염하천에는 Fe, Mg, Si, Cu, Mn, Ni, Pb, U, $SO_4$등의 농도가 비오염하천보다 높게 나타났다. 오염하천 내 대부분의 중금속 물질들은, 합류점 이후에는 지류간 혼합에 의한 희석작용 및 Al이 침전제로 작용함에 따라 이에 흡착-공침되는 메커니즘에 의해 검출한계 이하로 농도가 낮아졌다. 결과적으로 중금속에 의한 수질오염은 오염하천 구간으로 한정됨을 알 수 있었다. 강우는 강우발생 이후 최소 하루정도는 오염하천의 오염농도를 낮추는 것으로 나타났다. Al은 주로 장석류, 녹니석, 카올리나이트와 같은 규산염광물의 풍화에 의해 하천수에 부가되었을 가능성이 있다. PHREEQCI 지화학 모델을 이용한 결과, $Al^{3+}$의 농도는 저바나이트(jurbanite)와 유사한 화학조성을 갖는 $AlOHSO_4$, 배사알루미나이트(basaluminite)와 유사한 화학조성을 갖는 $Al_4(OH)10SO_4$, 비정질 $Al(OH)_3$등의 침전거동에 의해 농도가 조절되는 것으로 추정된다. Fe는 주로 황철석의 산화에 의해 하천수에 부가된 것으로 추정되며, 오염하천은 비정질 Fe 침전물이 침철석으로 안정하게 전이되는 환경을 보인다.

Keywords

References

  1. 광산지질 v.26 삼보 연-아연-중정석 광산 주변 하상 퇴적물에서의 중금속 오염 연구 김상현;전효택
  2. 광산지질 v.24 금속광상의 탐사를 위한 자연수 지구 화학탐사법의 개발에 관한 연구 김옥배;나춘기
  3. 자원환경지질 v.35 태백 동해탄광 일대 물-광물의 반응에 의한 산성광산배수의 지화학적 특성 변화 김정진;김수진
  4. 자원환경지질 v.36 동해탄광 일대 산성광산배수의 지화학적 특성 및 증발잔류물에 대한 광물학적 연구 김정진;김수진;김윤영
  5. 자원환경지질 v.29 광산배수 수용하천의 중금속 이온 평형에 관한 연구 김진범;전상호;김휘중
  6. 자원환경지질 v.28 모악 금.은광산에 방치된 폐석이 주변 수계 및 생태계에 미치는 환경적 영향 나춘기;전서령
  7. 자원환경지질 v.33 신보활석광산 주변에 형성된 우라늄 이상치가 지표수계 환경에 미치는 영향 나춘기;정재일
  8. 자원환경지질 v.36 덕음광산 광미의 산화-환원 조건에 따른 전이원소의 이동성 문용희;문희수;박영석;문지원;송윤구;이종천
  9. 자원환경지질 v.33 비금속광상의 황화광염대에 수반되는 산성광산배수의 형성과 지질환경의 오염: 동래납석광산 산성광산배수의 형성에 관한 반응경로 모델링 박맹언;성규열;고용권
  10. 자원환경지질 v.33 화순 폐탄광지역 광산배수와 침전 및 증발잔류광물에 대한 지구화학적 및 광물학적 연구 박천영;정연중;강지성
  11. 지하수토양환경 v.7 동래 납석광산 산성 광석배수의 중화실험: 중금속의 거동 특성 규명 염승준;윤성택;김주환;박맹언
  12. 자원환경지질 v.28 동해탄광 주변 산성광산폐수와 하상퇴적물의 지구화학 오대균;김정엽;전효택
  13. 자원환경지질 v.29 동진 금,은,동 광산 주변에 방치된 폐석의 환경적 영향 이무성;전서령;나춘기;정재일
  14. 자원환경지질 v.36 수자원의 수질과 오염에 대한 기반암의 영향 : 통계학적 접근 이병선;우남칠
  15. 자원환경지질 v.37 토양수의 지구화학특성에 따른 금속 폐광산 광미야적장 주변 토양오염 평가 : 덕음광산 이상훈;정주연
  16. 광산지질 v.26 경북지역 폐금속광산이 환경에 미치는 영향 이재영;김종근;이인호;이진국
  17. 한국지질도(1:50000), 미원도폭 및 설명서 이종혁;이민성;박봉순
  18. 자원환경지질 v.29 충주지역 흑색셰일 분포지역에서의 잠재적 독성원소들의 분산과 부화 이진수;전효택;김경웅
  19. 자원환경지질 v.37 폐광산지역의 오염특성 조사와 평가를 위한 지구화학적 접근방법 이평구;조호영;염승준
  20. 자원환경지질 v.37 광미 및 오염된 토양에서 중금속의 존재형태 및 잠재적인 이동도 이평구;강민주;최상훈;신성천
  21. 자원환경지질 v.35 백운 폐광산의 방치된 폐석으로 인한 주변 수계의 환경적 영향 전서령;정재일;김대현
  22. 자원환경지질 v.36 영월, 정선 및 평창 지역 폐 석탄광 산성광산 배수의 환경오염 평가 정명채
  23. 지질공학 v.13 광양 폐 금-은 광산 지역 광산폐수의 중금속 오염과 중금속의 제거에 있어 소택지와 지류 혼합의 역할 평가 정헌복;윤성택;김순오;소칠섭;정명채
  24. 지하수환경 v.4 문경 단붕탄광 폐석장 유출수의 조성변화 지상우;김선준;안지현
  25. 지하수환경 v.5 강원도 강릉시 강동면에 분포하는 폐탄광으로부터의 배수에 의한 임곡천 및 동해의 오염 허봉;유재영
  26. Soil Science Society of America Journal v.41 Basaluminite and alunite : a possible cause of sulfate retention by acid soil Adams, F.;Rawajfih, Z. https://doi.org/10.2136/sssaj1977.03615995004100040013x
  27. Trace elements in the Terrestrial environment Adriano, D.C.
  28. MINTEQA2/PRODEFA2-A geochemical assessment model for environmental systems - version 3.0 user's manual : Environmental Research Laboratory Allison, J.D.;Brown, D.S.;Novo-Gradac, K.J.
  29. WATEQ4F-User's manual with revised thermodynamic data base and test cases for calculating speciation of major, trace and redox element in natural waters. U.S.G.S Open-File Report 92-129 Ball, J.W.;Nordstrom, D.K.
  30. Geochimica et Cosmochimica Acta v.60 Schwertmannite and the chemical modeling of iron in acid sulfate waters Bigham, J.M.;Schwertmann, U.;Traina, S.J.;Winland, R.L.;Wolf, M. https://doi.org/10.1016/0016-7037(96)00091-9
  31. PHREEQCI-a graphical user interface for the geochemical computer program PHREEQC. U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 97-4222 Charlton, S.R.;Macklin, C.L.;Parkhurst, D.L.
  32. Resource Geology v.49 Hydrogeo-chemical characteristics of acid mine drainage around the abandoned Yongdong coal mine in Korea Chon, H.T.;Kim, J.Y.;Choi, S.Y. https://doi.org/10.1111/j.1751-3928.1999.tb00037.x
  33. The geochemistry of natural waters Drever, J.L.
  34. Methods of analysis by the U.S. Geological Survey national water quality laboratory - determination of inorganic and organic constituents in water and fluvial sediments. USGS open-file reports Fishman, M.J.
  35. Environmental Geology v.27 Field assessment of acid mine drainage contamination in surface and groundwater Gray, N.F. https://doi.org/10.1007/BF00766705
  36. Journal of Environmental Quality v.17 Aluminium and iron equilibria in soil solution and surface waters of acid mine watersheds Karathanasis, A.D.;Evangelou, V.P.;Thomson, Y.L.
  37. Environmental Geology v.42 Mineralogical characterization of microbial ferrihydrite and schwertmannitem andnon-biogenic Al-sulfate precipitates from acid mine drainage in the Donghae mine area, Korea Kim, J.J.;Kim, S.J.;Takaki, K. https://doi.org/10.1007/s00254-002-0530-2
  38. Jounal of Geophysical Research v.89 Chemical kinetics of water-rock interactions Lasaga, A.C. https://doi.org/10.1029/JB089iB06p04009
  39. Applied Geochemistry v.17 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 Lee, G.;Bigham, J.M.;Faure, G. https://doi.org/10.1016/S0883-2927(01)00125-1
  40. Environmental Chemistry of Soils Mcbride, M.B.
  41. Clays and Clay Minerals v.7 Iron oxide removal from soils and clays by a dithionite-citrate-bicarbonate system buffered with sodium bicarbonate Mehra, O.P.;Jackson, M.L. https://doi.org/10.1346/CCMN.1958.0070122
  42. Applied Geochemistry v.17 Sorption of trace metals to an aluminum precipitate in a stream receiving acid rock-drainage; Snake River, Summit County, Colorado Munk, L.A.;Faure, G.;Pride, D.E.;Bigham, J.M. https://doi.org/10.1016/S0883-2927(01)00098-1
  43. Aqueous pyrite oxidation and the consequent formation of secondary minerals;Acid sulfate weathering, SSSA special Publication No.10 Nordstrom, D.K.;Krittrick, J.A.(ed.);Fanning, D.S.(ed.);Hossner, L.R.(ed.)
  44. The effect of sulfate on aluminum concentration in natural waters. II. Field occurreances and identification of aluminum hydroxysulfate precipitates, Abstracts with Programs Nordstrom, D.K.;Ball, J.W.;Robertson, C.E.;Hanshaw, B.B.
  45. Science v.232 The geochemical behavior of aluminum in identified surface waters Nordstrom, D.K.;Ball, J.W. https://doi.org/10.1126/science.232.4746.54
  46. Z. Kuent. Bodenkd v.15 Differenzierung der Eisenoxide des Bodens durch Extraktion mit Ammoniumoxalate-Losung Schwertmann, U.
  47. Aquatic chemistry Stumm, W.;Morgan, J.J.
  48. Iron;Chemical equilibria in soils Williard, L.L.;Williard, L.L.(ed.)
  49. Environmental Geology Water Science v.11 Iron sulfide oxidation and the chemistry of acid generation Sullivan, P.J.;Yelton, J.L.;Reddy, K.J. https://doi.org/10.1007/BF02574818
  50. Proceeding - Soil Science Society of America v.37 Dissolved aluminum in acid sulfate soils and in acid mine waters Van Breeman, N. https://doi.org/10.2136/sssaj1973.03615995003700050020x
  51. Environmental Geochemistry and Health v.24 Assessment of groundwater quality and contaminantion from Uranium-bearing black shales in Goesan-Boeun area, Korea Woo, N.C.;Choi, M.J.;Lee, S.K.
  52. Abstracts with Programs, Geological Society of America v.28 Fate of the pollutants from the abandoned coal mine drainages along Imgok Creek in Gangdong-Myeon area, Kangreung, Korea. and meaning of Fe versus Al compound precipitation Yu, J.Y.;Cho, J.P.;Heo, B.;Chang, H.W.
  53. Geochimica et Cosmochimica Acta v.63 Apparent solubility of schwertmannite and ferrihydrite in natural stream waters polluted by mine drainage Yu, J.Y.;Heo, B.;Choi, I.K.;Cho, J.P.;Chang, H.W. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(99)00261-6
  54. Applied Geochemistry v.16 Dilution and removal of dissolved metals from acid mine drainage along Imgok creek, Korea Yu, J.Y.;Heo, B. https://doi.org/10.1016/S0883-2927(01)00017-8