수은의 노출로부터 인간의 건강과 환경을 보호하기 위해 수은에 관한 미나마타 협약(Minamata Convention on Mercury)이 UNEP에 의해 2013년 10월에 채택되었다. 협약문 제11조에서는 3가지 종류의 수은폐기물에 관한 내용을 다루고 있다. 이 중 수은오염폐기물이 가장 큰 비중을 차지하며 산업시설로부터 다양한 종류의 부산물로써 환경으로 배출된다. 국내 산업시설에서 배출되는 수은오염폐기물은 폐기물관리법 공정시험법에서 지정하고 있는 용출시험법에 지정폐기물 또는 산업폐기물로 분류되고 있다. 본 연구에서는 산업시설에서 배출된 3가지 종류의 고상시료(생활폐기물 소각시설 비산재, 의료폐기물 소각시설 비산재, 비철금속 재련시설 폐슬러지)의 적정처리를 위해 안정화기술을 적용하였다. 환경에서 수은은 HgCl2, HgS, HgO 등의 형태로 존재하며 각 화합물은 열적안정도 또는 용해상수가 서로 다르다. 이와 같은 이유로 수계나 토양으로의 유출특성과 안정도를 알아보기 위해 총 5단계의 용출용매로 구성된 단계적 용출법(Sequential Extration Procedure, SEP)을 적용하였다. 용출용매로써 0.5M NH4Cl(1단계), 0.01M HCl+0.1M CH3COOH(2단계), 1M KOH(3단계), 12M HNO3(4단계) 및 Aqua regia(5단계)를 사용하였다. 1,2단계에서 용출된 수은화합물의 경우 다른 단계에 비해 이동도가 커 자연조건에서 쉽게 용출될 가능성이 높다. 3단계는 1,2 단계보다 상대적으로 강한 구조로 결합된 화학종이 용출된다. 4,5단계에서 용출된 수은화합물은 안정도가 높고 이동도가 낮아 자연조건에서 용해되기 어려운 화학종이라고 판단된다. EDTA는 중금속의 이동성을 높여주며 용액에 이온화된 상태로 수은화합물을 전환시켜 오히려 용출률을 높여 줄뿐만 아니라 수용액 상태로 용해시키기 위해서는 pH를 높여줄 첨가물이 필요하다. 이를 위해 Na2S를 사용하였고 Na로 인한 용액의 pH 상승과 S2-를 이용하여 이온화된 Hg2+를 HgS로 전환하여 더욱 안정화된 수은화합물을 형성하였다. 이를 확인하기 위해 안정화 처리 후 발생된 고상시료를 대상으로 단계적 용출법을 재적용 하였으며 5단계의 비율이 증가하는 것을 확인하여 안정화 처리기술을 검증하였다.

소각처리에서 나오는 잔사는 전체 투입 폐기물 부피의 약 10% 정도로 매립지의 사용연한을 연장시키는 장점을 가지고 있다. 하지만 소각 시 발생되는 비산재와 바닥재에서는 유해중금속(Pb, Cu, Cd 등)이 고농도로 함유되어 있어 매립 시 용출에 의한 2차 토양오염을 유발할 가능성이 높다. 이에 따라 환경부에서는 유해중금속에 대한 배출기준을 마련하였으며 사업장에서는 배출기준 준수를 위해 추가적인 수세 및 약품처리 등을 하고 있는 실정이다. 본 연구는 I시 C광역쓰레기 소각시설에서 발생하는 소각재를 대상으로 유해중금속의 안정적 처리방안과 킬레이트제의 적정사용량 산출을 통해 처리비용을 절감하고 소각재의 재활용 가능성을 파악하기 위하여 수행하였다. 킬레이트제 희석에 따른 바닥재의 Cu 처리효율은 10배 희석 시 91.1%, 11배 희석 시 76.6%, 12배 희석시 60.5%, 13배 희석 시 56.7%로 조사되었으며 소각재(바닥재+비산재)의 Pb 처리효율은 10배 희석 시 72.8%, 11배 희석 시 65.9%, 12배 희석 시 64.9%, 13배 희석 시 61.2%로 조사되었다.

The objective of this study was to evaluate the leaching characteristics of heavy metals (Cu, Pb, Zn and Cd) in an abandoned mine soil stabilized by applying both soluble phosphates and steel slag. Leaching characteristics of heavy metals in the contaminated soils was evaluated by toxicity characteristics leaching procedure (TCLP) and Column test. After leaching batch (TCLP) and column, Pb was found that the most greatly reduced by immobilized. Among the tested three phosphates (Na2HPO4·12H2O, Ca(H2PO4)2·H2O, (NH4)2HPO4), the leaching concentration of Ca(H2PO4)2·H2O and (NH4)2HPO4 decreased more than those of Na2HPO4·12H2O. The rate constant (k1) value was found to be about 1.5 ~ 2.0 times higher than ever before, it could be fast immobilized. The rate constant (k1) of Zn was the highest as 0.1629 ~ 0.1991/ day, it was followed by Zn > Pb > Cd > Cu. Especially, Cu increased more than 2.0 times with the steel slag added, so it was very effective. Total leaching amount of heavy metal was the most TCLP test due to differences in the leaching conditions. Added with the slag, TCLP, Column and Exchangeable form (F1) more decreased. Phosphorus (P) leaching, stabilized by phosphate only, increased than the contaminated soil. But Leaching of P decreased considerably when it was processed in combination with slag. In particular Ca(H2PO4)2·H2O of phosphates showed to be the least leaching, it was expected made of metal-phosphate immobilized.

In this study, to stabilize the heavy metal in the contaminated soils, the column leaching test based on rainfall and pH value was performed by using coal mine drainage sludge(CMDS): which was generated during electrical purification of abandoned coal mine wastewater. Four types of testing column were used in this study. That were the CMDS and the heavy metal contaminated soils well mixed in 0 wt%, 1 wt%, 3 wt% and 3 wt% layered column. According to the investigation, when the influent pH was 5.5∼6.2, there were no heavy metal elution at all conditions, and when the influent pH was 3∼3.3, the order of Cu, Zn, Pb, Cr elution concentration was 3 wt% M(mixed)＜3 wt% S(separation)＜1 wt% M＜0 wt% and the average elution concentration was quite low, the value was 0.005 mg/L. Therefore, CMDS can used as new stabilizer of the heavy metal in the contaminated soils.