Removal of Dissolved Iron in Groundwater by Injection-and-Pumping Technique: Application of Reactive Transport Modeling

주입-양수 기법을 활용한 지하수 내 용존 철 제거: 반응성용질이동모델링의 적용

  • Choi, Byoung-Young (Department of Earth and Environmental Sciences and the Environmental Geosphere Research Laboratory (EGRL)) ;
  • Yun, Seong-Taek (Department of Earth and Environmental Sciences and the Environmental Geosphere Research Laboratory (EGRL)) ;
  • Kim, Kyoung-Ho (Department of Earth and Environmental Sciences and the Environmental Geosphere Research Laboratory (EGRL)) ;
  • Koh, Yong-Kwon (High Level Waste Disposal Technology Center, Korea Atomic Energy Research Institute) ;
  • Kim, Kang-Joo (School of Civil & Environmental Engineering, Kunsan National University)
  • 최병영 (고려대학교 지구환경과학과 및 천부지권환경연구실) ;
  • 윤성택 (고려대학교 지구환경과학과 및 천부지권환경연구실) ;
  • 김경호 (고려대학교 지구환경과학과 및 천부지권환경연구실) ;
  • 고용권 (한국원자력연구원 고준위폐기물처분연구센터) ;
  • 김강주 (군산대학교 환경공학과)
  • Published : 2007.12.31

Abstract

Shallow alluvial groundwaters in Korea of tell exceed the Korean Drinking Water Standard for dissolved iron (0.3 mg/L), which is one of the important water quality problems, especially in the use of bank infiltration technique. Using the reactive transport modeling, in this study we simulated the effectiveness of injection-and-pumping technique to remove dissolved iron in groundwater. The results of simulation showed that pumping of groundwater after injection of oxygenated water into aquifers is very effective to acquire the permissible water quality level. Groundwater withdrawal up to several times of irjected water in volume can be applicable to yield drinkable water. Potential problems such as clogging and permeability lowering due to in-situ precipitation of iron hydroxides may be insignificant. We also discuss on the mechanism and spatial extent of iron removal in aquifer.

먹는물 수질기준(0.3 mg/L)을 자주 초과하는 고농도의 용존 철(Fe)은 특히 국내 충적층 지역 천부 지하수의 개발 이용(특히, 강변여과 적용)을 제한하는 중요한 원인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 반응성용질이동모델링을 이용하여 지하수 내 용존 철을 효과적으로 저감하기 위한 하나의 방법으로서 '산소가 풍부한 물을 대수층에 주입한 후 양수하는 기법의 효용성에 대하여 모사해 보았다. 모사 결과, 산소가 풍부한 물을 주입함으로써 양수된 지하수의 철 농도를 뚜렷이 저감할 수 있으며, 양수량이 주입량에 비해 4배가 되더라도 용존 철의 농도는 먹는물 수질기준 이하로 매우 낮게 유지됨을 보여주었다. 또한, 대수층 내에서의 철수산화물 침전에 의해 야기될 수 있는 크로깅 및 투수율 저하도 미미한 수준인 것으로 평가되었다. 본 논문에서는 주입-양수 기법에 의한 대수층 내에서의 철 저감의 기작과 공간적 규모에 대해서도 토의하였다.

Keywords

References

  1. 김경호,윤성택,채기탁,최병영,김순오,김강주,김형수, 이철우, 2002, 금강권역 충적층지하수의 질산염 오염:질산성 질소의 기원과 거동 고찰 및 안전한 용수 공급을 위한 제언,지질공학,12, 471-484
  2. 김주환,백건하,김형수,김진삼,윤성택,2003,낙동강 함안군 칠 서 강변여과 개발예정지역의 수리지구화학적 특성조사,한국지하수토양환경학회 추계학술발표 발표논문집,한국지하수토양환경학회, p. 561-564
  3. 김진삼, 김주환,정수은, 김형수,윤성택,2003,충적층 지하수 활 용가능성 검토지역에 대한철.망간분포특성 고찰,한국지하수토양환경학회 춘계희술대회 발표논문집,한국지하수토양환경학회, p. 279-282
  4. 김형수, 김충환,김병균,백건하, 최현숙,2002,충적충 지하수의 철,망간기작및 효율적 처리 방안 연구 - 강변여과수 개발현장을 중심으로-,한국지하수토양환경학회 추계학술대회 발표논문집 , 한국지하수토양환경학회, p. 125-128
  5. 윤성택,2003,충적층 지하수의 평가 및 활용방안,세계 물의 해 기념 지하수심포지움(21세기 지하수자원의 지속기능한개발,이용 및 관리)발표논문집, 한국지하수토양환경학회 한국수자원공사, p. 91-104
  6. 채기탁,윤성택, 염승준,김남진,민중혁,2000,지하수내 갈색 부 유/침전물생성에 관한 평형열역학 및 반응속도론적 연구: 적정 양수기법 및 탁도제거 방안에 대한 제언,지하수환경,7,103-115
  7. 최병영,윤성택,김경호,김강주,이철우,김형수,2003,금강유역 충적층 지하 수내 질산성질소의 거동 특성 연구: multi-level관측공을 통한 예비 결과를 중심으로,2003년 대한지질학회 추계학술발표회 초록집,p.8
  8. 한국수자원공사,1995,충적층 지하수 산출 특성과 활용방안 연구보고서, 한국수자원공사,p.129
  9. 한국수자원공사,1996,하상퇴적충 여과방식에 의한 금강수도 취수 개선방안조사 연구보고서, 한국수자원공사, p. 183
  10. Appelo, C.A.J., Drever, B., Hekkenberg, R., and de Jonge, M., 1999, Modeling in situ iron removal from groundwater, Ground Water, 37,811-817 https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1999.tb01179.x
  11. Appelo, C.A.J and Postma, D., 1993, Geochemistry, Groundwater and Pollution, Rotterdam, Balkema, p. 536
  12. Benz, M., Brune, A., and Schink, B., 1998, Anaerobic and aerobic oxidation of ferrous iron at neutral pH by chemoheterotrophic nitrate-reducing bacteria, Archives of Microbiology, 169, 159-165 https://doi.org/10.1007/s002030050555
  13. Bourg, A.C.M. and Bertin, C., 1993, Biogeochemical processes during the infiltration of river water into an alluvial aquifer, Environmental Science and Technology, 27, 661-666 https://doi.org/10.1021/es00041a009
  14. Brown, C.J, Walter, D.A., and Colabufo, S., 1999, Iron in the aquifer system of Suffolk county, New York, 1990-98, USGS WRIR 99-4126, p. 10
  15. Chae, G.T., Kim, K., Yun, S.T., Kim, K.H., Kim, S.O., Choi, B.Y.,Xim, H.S., and Rhee, C.W., 2004, Hydrogeochemistry of alluvial groundwaters in an agricultural area: an implication for groundwater contamination susceptibility, Chemosphere, 55, 369-378 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2003.11.001
  16. Dzombak, D.A. and Morel,F.M.M., 1990, Surface complexation modeling: hydrous ferric oxide, New York, Wiley
  17. Hiscock, K.M. and Grischek, T., 2002, Attenuation of groundwater pollution by bank filtration, Journal of Hydrology, 266, 139-144 https://doi.org/10.1016/S0022-1694(02)00158-0
  18. Houben, G.J., 2003, Iron oxide incrustations in wells. Part I: genesis, mineralogy and geochemistry, Applied Geochemistry, 18, 927-939 https://doi.org/10.1016/S0883-2927(02)00242-1
  19. Min, J.H., Yun, S.T., Kim, K., Kim, H.S., and Kim, D.J., 2003, Geologic controls on the chemical behaviour of nitrate in riverside alluvial aquifers, Korea, Hydrological Processes, 17, 1197-1211 https://doi.org/10.1002/hyp.1189
  20. Parkhurst, D.L., 1995, User's Guide to PHREEQC - A Computer Program for Speciation, Reaction-Path, Advective Transport, and Inverse Geochemical Calculations, USGS WRIR, 95-4227
  21. Rott, U. and Laberth, B., 1993, Groundwater cleanup by in situ treatment of nitrate, iron and manganese, Water Supply, 11,143-156
  22. Sharma, S.K., Petrusevski, B., and Schippers, J.C., 2005, Biological iron removal from groundwater: a review, Journal of Water Supply: Research and Technology-AQUA, 54, 239-247 https://doi.org/10.2166/aqua.2005.0022
  23. Straub, K.L., Benz, M, Schink, B., and Widdel, F., 1996, Anaerobic, nitrate-dependent microbial oxidation of ferrous iron, Applied and Environmental Microbiology, 62, 1458-1460
  24. Tufenkji, N., Ryan, J.N., and Elimelech, M., 2002, The promise of bank filtration, Environmental Science and Technology, 36, 422A-428A https://doi.org/10.1021/es022441j
  25. Vanek, V., 1990, In situ treatment of iron-rich groundwater by the addition of nitrate, Sweden: University of Lund, Department of Geology
  26. Zhu, C. and Anderson, G, 2002, Environmental applications of geochemical modeling, Cambridge University Press, p. 284