만경강 하천변 충적 지하수의 용존 Fe와 Mn 거동에 대한 산화-환원 과정과 용해 평형의 효과

• 영문명: Effect of Redox Processes and Solubility Equilibria on the Behavior of Dissolved Iron and Manganese in Groundwater from a Riverine Alluvial Aquifer
• 발행기관: 대한자원환경지질학회
• 저자명: 최범규(Beom-Kyu Choi) 고동찬(Dong-Chan Koh) 하규철(Kyoochul Ha) 전수현(Su-Hyun Cheon)
• 간행물 정보: 『자원환경지질』40권 1호, 29~45쪽, 전체 17쪽
• 주제분류: 자연과학 > 지질학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2007.02.28

국문 초록

전라북도 전주시 지역의 만경강 하천변 충적 대수층에 심도 30 m까지 설치된 다중 심도 관정을 이용하여 산화-환원 환경과 관련된 지하수의 생물지구화학적 특성을 조사하였다. 대체로 용존 산소(DO)가 1 mg/L이하의 혐기성 환경이 지배적이었으며, 10 - 20 m 구간에서는 높은 농도의 Fe(14~37 mg/L)와 Mn(1~4 mg/L)이 나타나고 그 하부에서는 S(-II) 이온이 검출되었다. 용존 Fe와 Mn이 높은 구간에서는 O2, NO3가 거의 없고, 퇴적물내의 Fe와 Mn의 함량은 심도에 따라 큰 차이 없이 분포하고 있어 전자수용체로서 이용된 Fe(III), Mn(IV)의 환원에 의해 지하수내의 용존 Fe와 Mn의 농도가 높아진 것으로 볼 수 있다. 용존 농도에서 Mn이 Fe에 비해 상대적으로 농도가 높게 나타나는 구간이 더 넓다. 환원 과정에서 전자공여체(electron donor)로 이용될 수 있는 유기 탄소(DOC) 농도가 지하수면 부근에서 급격히 감소하는 것으로 보아 지하수내 유기물은 상부에서 유입되는 것으로 보인다. 20 m 하부에서는 SO4가 감소하고 S(-II) 이온이 검출되는 것으로 보아 상부 구간보다는 하부구간에서 SO4 환원작용이 활발함을 지시한다. 여러 산화-환원쌍으로부터 계산된 산화-환원 전위는 Fe를 포함하는 쌍들간을 제외하고는 모두 일치하지 않아 전체적으로 산화-환원적으로 비평형 상태에 있다고 볼 수 있다. 지하수면 부근을 제외하고는siderite, rhodochrosite 등의 탄산염광물의 포화지수가 -2에서 +1의 범위를 보여 이들 광물에 의해 각각 Fe(II), Mn(II) 이온의 농도가 지하수내에서 조절될 수 있음을 보여주며, 20 m 하부 심도 구간에서 S(-II) 이온이 검출되는 지점에서는 Fe(II)의 경우 FeS 광물에 의해서도 농도가 조절될 수 있다.

영문 초록

Biogeochemical characteristics involving redox processes in groundwater from a riverine alluvial aquifer was investigated using multi-level monitoring wells (up to 30m in depth). Anaerobic conditions were predominant and high Fe (14~37 mg/L) and Mn (1~4 mg/L) concentrations were observed at 10 to 20 m in depth. Below 20 m depth, dissolved sulfide was detected. Presumably, these high Fe and Mn concentrations were derived from the reduction of Fe- and Mn-oxides because dissolved oxygen and nitrate were nearly absent and Fe and Mn contents were considerable in the sediments. The depth range of high Mn concentration is wider than that of high Fe concentration. Dissolved organics may be derived from the upper layers. Sulfate reduction is more active than Fe and Mn reduction below 20 m in depth. Disparity of calculated redox potential from the various redox couples indicates that redox states are in disequilibrium condition in groundwater. Carbonate minerals such as siderite and rhodochrosite may control the dissolved concentrations of Fe(II) and Mn(II), and iron sulfide minerals control for Fe(II) where sulfide is detected because these minerals are near saturation from the calculation of solubility equilibria.

목차

1. 서 론

2. 연구지역

3. 조사와 분석 방법

4. 결과와 토의

5. 결 론

키워드

redox processes riverine alluvial aquifer iron manganese solubility equilibria 산화-환원 과정 하천변 충적 대수층 철 망간 용해 평형