고형 폐기물 관리 중 중금속 방출 평가에서 시간 및 기타 결정 요인의 중요성

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1651(2023) 이 기사 인용

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폐기물에서 중금속의 용출 가능성에 영향을 미치는 매개변수 중 하나는 용출액과의 접촉 시간입니다. 본 논문에서는 Zn, Cu, Pb 및 Ni의 침출 거동을 액체 대 고체 비율(L/S)과 관련하여 평가했습니다. 이는 특정 양의 물이 물질에 침투한 후의 시간을 반영합니다. 슬래그 더미 또는 매립지. 세 가지 시험 물질, 즉 유해 아연 슬래그, 덩어리 구리 슬래그 및 광물-유기 복합재를 사용하여 다양한 침출 방법으로 침출 연구가 수행되었습니다. 최대 가용성 테스트에서 L/S = 50 dm3/kg, 침출액의 감소된 pH, < 0.125 입자 크기로 재료 조각화 등의 침출 조건에서 장기간에 걸쳐 가장 높은 양의 금속이 침출된 것으로 나타났습니다. mm. 배치 테스트와 퍼콜레이션 테스트에서 얻은 결과를 비교해 보면, 다양한 테스트 재료에서 특정 금속이 방출되는 경향이 엄격하게 관찰되지 않았습니다. 탱크 테스트를 사용한 분석에 따르면 침출성을 제어하는 ​​공정은 재료와 침출액이 접촉한 직후 가장 높은 금속 부하를 방출할 수 있지만 장기간 접촉한 후에만 금속 방출에 기여할 수도 있습니다.

다양한 재료와 제품에서 중금속의 용출 가능성 문제는 환경 영향 평가의 핵심입니다. 중금속은 천연 원료, 폐기물, 환경에 쌓인 폐기물로부터 만들어진 제품으로부터 이동합니다1,2,3.

매립지에 퇴적된 폐기물에서 원소의 잠재적 방출을 평가할 때 주요 관심사는 시간이 지남에 따라 허용할 수 없는 양의 오염물질이 환경으로 방출될 수 있다는 것입니다4. 매립 공정이 진행되는 속도를 평가할 때 시간은 침출된 오염물질의 농도에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 이러한 과정은 반응이 느리거나(미네랄의 느린 용해) 확산 중에 원소의 방출을 제한할 수 있습니다. 폐기물은 시간이 지남에 따라 저장됨에 따라 유기물의 분해, 매립지의 투과도 변화, 알칼리성 폐기물의 탄산화, 침식으로 인한 침출 표면적 증가 등으로 인해 폐기물의 특성과 환경 조건이 변화될 수 있습니다5 .

실험실 침출 테스트에는 단일 배치 테스트/추출 및 다중 추출/동적 테스트가 포함될 수 있습니다. 모든 침출성 테스트에 공통적인 특징 중 하나는 특정 재료 특성을 평가하거나 환경에서 침출 시나리오를 시뮬레이션하는 데 사용되는 용출액을 생성하는 것입니다6. 침출 방법을 구분하는 기준 중 하나는 침출 기간이므로 장기 테스트(예: 탱크 테스트7)와 단기 테스트(예: 배치 테스트8)로 구분하여 장기 테스트를 예측할 수 있습니다. 기간 침출(최대 가용성 테스트9).

침출액의 부피에 대한 고체의 질량 비율은 폐기물에서 중금속이 침출되는 속도에 영향을 미칩니다10,11,12,13. 용출성 테스트 결과를 용출된 금속량(mg/kg 단위)으로 표현하는 것이 편리한 방법입니다. 이를 통해 주로 퍼콜레이션14 및 배치 테스트8,15,16 등 다양한 테스트 방법에서 얻은 결과를 비교할 수 있습니다. 그러나 침출성 테스트의 L/S 비율은 pH 또는 침출을 제어하는 ​​기타 매개변수의 영향을 받을 수도 있다는 점을 명심해야 합니다. 또한 시료 흔들기, 온도, 침출액 유형, 접촉 시간 등의 다양한 테스트 조건이 다를 수 있으므로 다양한 테스트 방법으로 얻은 결과를 비교하기가 어렵습니다17.

중금속의 용출성은 일반적으로 가속 시험을 통해 평가됩니다. 단기 침출 테스트는 종종 낮은 액체 대 고체 비율, 즉 100년의 환경(매립지, 슬래그 더미) 침출 기간에 해당하는 L/S = 2 dm3/kg의 배치 테스트입니다18. 대부분의 경우 이러한 테스트는 오염물질 침출에 대한 만족스러운 예비 평가를 제공합니다. 컬럼 또는 라이시미터 테스트를 사용하여 단기 테스트를 수행할 수도 있습니다. 이러한 테스트는 더 정확하지만 장기간(몇 개월 또는 몇 년 필요)에 걸쳐 수행되므로 L/S 비율이 수백에 도달할 때까지 장기 침출을 일상적으로 평가하는 데 실용적이지 않습니다4. Astrup et al.4가 제시한 장기 침출성 분석은 L/S = 5000 dm3/kg에 도달할 때까지 중금속을 포함한 원소의 방출 전망을 보여 주며, 이는 약 100,000~250,000년의 폐기물 처리에 해당합니다.