국내 폐탄광 배수 내 용존, 콜로이드, 입자상, 침전성 철과 알루미늄의 분포 연구 = A Study on the Distribution of Dissolved, Colloidal, Particulate, and Precipitated Iron and Aluminum in an Abandoned Coal Mine Drainage in Korea

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 국내 폐탄광에서 배출되는 광산배수 내 철(Fe), 망가니즈(Mn), 알루미늄(Al)의 크기별 분포 특성과 그 환경적 영향 요인을 규명하고자 하였다. 현장 시료와 실험실에서 조제한 합성 배수를 대상으로, 금속 성분을 <50 kDa(용존), 50 kDa~0.45 μm(콜로이드), >0.45 μm(입자상), 침전성으로 분리하여 분석하였다. 현장 광산배수에서는 대부분의 금속이 50 kDa 이하의 용존 상태로 존재하였다. 실험 결과, pH가 낮을수록 금속이 용존 형태로 안정하게 유지되었으며, 중성 pH에서는 침전물의 비율이 급격히 증가하였다. 온도가 상승할수록 Fe의 침전 속도는 증가하였으나 Al은 상대적으로 큰 영향을 받지 않았다. 또한 철산화균(Acidithiobacillus ferrooxidans)을 주입한 실험에서는 주입량이 많을수록 Fe의 산화와 침전이 촉진되어 황화현상을 유발할 수 있음이 확인되었다. 이 연구의 결과를 통해 황화 및 백화현상의 발생 메커니즘을 규명하고 광산배수 처리시설의 효율적 운영에 실질적인 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The distribution and transformation of iron (Fe), manganese (Mn), and aluminum (Al) in abandoned coal mine drainage in Korea were investigated, focusing on their size fractions and environmental behavior. Field samples and synthetically prepared drainage were analyzed by separating metal fractions into four categories: dissolved (<50 kDa), colloidal (50 kDa~0.45 μm), particulate (>0.45 μm), and precipitated forms. In field samples, most metals were present in the dissolved fraction. Laboratory experiments confirmed that under acidic conditions (pH 4), the metals remained primarily in the dissolved state, whereas under neutral conditions (pH 7), rapid coagulation and precipitation occurred, especially for Fe3+ and Al3+. Temperature had a notable impact on Fe, with higher temperatures accelerating aggregation and precipitation, while Al distribution was less temperature-dependent. The presence of iron-oxidizing bacteria, Acidithiobacillus ferrooxidans, significantly enhanced Fe oxidation and precipitation. The higher the bacterial inoculum, the greater the proportion of Fe transformed into particulate and precipitated forms, even at lower pH values. The results suggest that such bacteria contribute to the formation of yellow-boy, which can cause aesthetic and environmental issues downstream. The results provide information on the mechanisms behind yellow-boy and white-boy formation and can serve as a practical reference for the improved operation and discharge management of mine drainage treatment systems.