광산 배수의 산성화 및 그에 따른 환경 문제

머리말
1. 산성 광산 배수의 생성
2. 산성 광산 배수에 의한 환경 문제
3. 산성 광산 배수의 처리 및 하천수/지하수 관리
4. 산성 광산 배수로 인한 환경 문제와 지질학자의 역할
5. 맺음말
참고문헌

3. 산성 광산 배수의 처리 및 하천수/지하수 관리
산성 광산 배수의 처리는 크게 산성 광산 배수가 형성되지 못하도록 방지하는 방법과 이미 형성된 산성 광산 배수를 산화 및 중화시키는 방법이 있다. 여기서는 이들 방법에 대해서는 토론하기보다는 간단히 소개시키려하며, 이보다는 산성 광산 배수의 관리에 대해 자세히 토론하려 한다. 산성 광산 배수의 처리에 관한 자세한 내용은 Sengupta (1993)을 참조하기 바란다.
산성 광산 배수의 형성을 방지하는 방법은 산소의 공급을 차단하는 것과 미생물의 활동을 억제하는 방법이 있다. 산소의 공급을 차단하는 방법은 대개 물리적으로 산소의 통로를 막아버림으로써 산소에 의한 황철석의 산화를 예방하려는 것으로, 예를 들면, 토양이나 합성 물질을 지표에 씌우거나 갱도를 막아 산소의 활발한 공급을 방해하는 것이다. 그러나, 이와 같은 방법은 완벽한 산소 공급의 차단이 거의 불가능하다는 점, 또한 이로 인해 지하수 오염 영역이 더욱 확산될 수 있다는 점등 때문에 그 효과가 의문시된다.
미생물의 활동을 억제시키는 방법은 황철석의 산화 속도를 실제로 결정하는 Thiobacillus ferrooxidans와 같은 미생물의 생장에 치명적인 화합물 (일종의 멸균제)를 공급해 황철석의 활발한 산화를 방해하는 방법이다. 이와 같은 멸균제로는 sodium lauryl sulfate나 sodium benzoate와 같은 것이 있으며 (Dugan and Apel, 1983), 미국 West Virginia의 Dawmont에서는 이 방법을 사용해 탄광 폐석으로부터의 산성 배수 유출을 줄이는데 성공하기도 하였다 (Sobek, 1990). 그러나, 이 방법은 멸균제가 또 다른 수질 오염을 유발할 수 있다는 점, 멸균제의 지속적인 산포를 관리해야 한다는 점, 그리고 효과적인 멸균제 공급이 구조 및 수리 지질학적인 특성에 따라 좌우된다는 점 등으로 인해 광산 배수의 산성화를 방지하는 방법으로 적용하기에는 문제점이 있을 것이다.
[그림] 산성 광산 배수를 모아 강제 처리하는 모습. 강원도 도계 흥전 (1994년 10월)
이미 형성된 산성 광산 배수는 하천수 및 지하수로 유입되기 전에 적절한 pH를 갖도록 중화 및 산화되어야 하며, 더불어 다량으로 녹아있는 철을 위시한 여러 중금속들을 제거하여야 한다. 이와 같은 산성 광산 배수의 중화 및 산화에는 수동처리 방식과 강제처리 방식이 있다. 수동 처리 방식은 대규모의 집수장 및 식물이 생장하는 습지를 조성하고, 산성 광산 배수를 이 곳으로 끌어들여 자연적으로 산화 및 중화되게 하는 방법이다. 수동처리 방식은 다른 방법에 비해 월등히 저렴하다는 장점은 있으나, 배수의 양이 상대적으로 적어야하며, 완만한 경사를 갖는 비교적 넓은 면적이 필요하다는 점에서 한국의 광산 지역의 많은 곳에서는 적합치 않은 것으로 생각된다. 강제 처리방식은 광산 배수를 모아 인간이 인위적으로 화학 약품을 첨가한다든지 기계적인 교란을 통해 중화 및 산화를 촉진시키는 방법이다. 이 때, 산성 광산 배수의 중화는 석회석 (CaCO3), lime (Ca(OH)2), 및 가성소다 (NaOH) 등을 이용할 수 있는데, 가장 많이 쓰이는 것은 그 비용이 가장 저렴한 석회석이다. 광산 배수의 산화는 기계적인 폭기 (mechanical aeration), 오존 (O3)나 과산화수소 (H2O2)와 같은 산화제 첨가를 이용한 화학적 산화, Thiobacillus ferrooxidans와 같은 미생물을 이용한 미생물학적 산화의 방법등이 있다. 이중, 역시 그 가격이 가장 저렴한 기계적인 폭기가 가장 많이 사용된다.
위와 같이 산성 광산 배수를 중화 및 산화시키면, 많은 양의 철수산화물이 침전되면서 광산 배수에 함유되어있던 중금속들은 동시침전 및 흡착에 의해 같이 제거된다 (Yu, 1994). 그러나, 광산 배수 내의 Ca, Mg, SO4와 같은 대부분의 주성분 화학종은 거의 그대로 용액 속에 남아 있어 문제가 된다. 이와 같이 철의 침전 후에도 잔존하는 화학종들을 제거하기 위해서는 lime-soda 처리, alumina-lime-soda 처리, 역삼투처리, 및 이온교환수지 처리 등을 추가로 하여야 한다.
지금까지 논의된 산성 광산 배수의 강제 처리 방식은 처리 효율이 높고 빠르며, 비교적 좁은 공간에서도 효과적으로 처리할 수 있다는 장점은 있으나, 처리 시설을 갖추기 위해 또한 이를 유지하기 위해 상당한 예산을 필요로한다는 단점이 있다.
일단 산성 광산 배수가 유출되면, 이를 효과적으로 처리하여 지하수 및 지표수의 오염을 당연히 방지하여야 하지만, 이에 못지 않게 중요한 것은 산성 광산 배수의 유출을 계속 감시하고 하천수 및 지하수의 수질을 꾸준히 관리하는 일이다. 지하수 및 하천수의 수질을 관리는 다음 측면에서 중요하다:
① 산성 광산 배수의 처리 효율 점검
② 연차적인 지하수 및 하천 수질의 개선 여부 확인
③ 새로운 산성 광산 배수의 유입원 조기 발견
④ 산성 광산 배수의 처리 대책 및 예방책 마련
⑤ 자원으로써의 지하수 및 하천수 활용성 제고
위와 같은 목적의 산성 배수 관리를 위해서는 지역적인 하계망 및 수리지질학적인 특성을 고려하여 몇 개의 관측지점을 설정하고, 그 곳에 관측소 또는 관측정을 만들어 연중 꾸준히 수량 및 수질 측정을 실시하여야 한다. 지하수 및 하천수 관리를 위한 수질 측정은 가능한 한 모든 항목, 즉, pH, EH, DO, conductivity, 무기 양이온의 양, 무기 음이온의 양, 유기물의 양 등에 대해 실시하는 것이 가장 이상적이다. 하지만, 관리하고자 하는 지역이 넓어질수록, 그리고 좀 더 세밀한 수질 변화를 인식하고자 할수록 측정하여야 할 시료수는 증가하고, 결국에는 모든 시료에 대한 모든 항목의 수질 측정은 예산 및 시간상 불가능해진다. 그러므로, 좀 더 바람직한 관리 방법은 대량의 시료에 대해 빠르고, 쉬우며, 경제적인 방법으로 수질을 지시할 수 있는 수단을 개발한 후, 이 수단을 이용하여 수질 관리를 하는 것이다. 이런 면에서 pH, EH, 및 conductivity는 비교적 빠르고 쉬우며 저렴하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 시료 채취 및 전처리 과정이 필요 없다는 이점때문에 효과적인 수질 지시 수단이 될 수 있을 것이다.
효과적인 수질 지시자가 정해지면, 이를 이용하여 수질을 일정한 시간 간격으로 측정하고, 이렇게 측정된 값을 바탕으로 월별 또는 계절별 오염 지도를 작성하는 것이 바람직하다. 오염 지도는 공간적인 오염물의 분포를 한 눈에 파악할 수 있도록 해줄 뿐만 아니라, 산성 광산 배수의 유입원 추적, 그리고 이로부터의 하천 수질에 미치는 특정 영향의 범위 등을 쉽게 보여주고, 또한 시간에 따른 오염 전단의 전진과 후퇴 및 수질의 개선과 악화 등을 일목요연하게 파악하는데 도움을 준다.