우리나라는 국토 면적의 63 %가 산악지형으로 유로연장이 짧고 국지적인 우기(6~9월)에 유입량이 편중됨에 따라 일정수량을 지속적으로 공급할 수 있는 지하수의 중요성은 매우 크다고 할 수 있다.
그러나 과거 각종 광산의 개발로 인하여 토양 및 지하수 등에서 비소에 의한 지하수의 오염이 확인되고 있다. 환경부에서 전국 700여 곳의 지하수를 분석한 결과, 비소농도가 10 ㎍/L이상 검출되는 지역이 상당한 것으로 확인되었다. 이러한 비소는 급성 치사량은 22~121 mg As/kg이며, 저농도 만성 노출시에도 폐, 간, 피부 등에 암을 유발한다고 보고되고 있다. 비소의 독성으로 인해 국내에서는 2011년에 먹는물 수질기준을 50 ㎍/L에서 10 ㎍/L로 개정하였다. 하지만 아직까지도 생활용수, 농업용수로 사용되는 지하수의 수질기준은 50 ㎍/L이며, 수중 비소는 생물농축 과정을 통해 벼 등 농작물에서 높은 농도의 비소가 보고된 바 있다. 현재 국내 지하수의 비소 오염으로 확인된 농도는 대부분 10 ~ 150 ㎍/L이다. 또한 지하수는 토양의 조성에 따라 다양한 공존이온이 존재하며 그 분포는 토양의 조건 및 국지적 오염에 따라 상이하다. 이러한 수중 내 저농도 비소는 음용수, 농어업용수로 사용되어 식음하거나 농작물 섭취함으로써 인체에 생물농축될 가능성이 높다.
따라서, 본 연구에서는 수중 비소를 응집·침전공법으로 처리할 때 지하수에 공존하는 이온에 따른 처리효율의 영향을 평가하였다. 비소의 산화수, 응집제 종류 및 주입량, 공존이온 농도별 제거효율을 비교하여 최적의 응집침전 방법을 고찰하였다. 또한 비소의 산화수에 따른 처리효율을 비교함으로써 기존 응집침전 처리시 제거되지 않은 비소의 원인을 확인하였다. 공존이온은 흔하게 발견되는 수중 공존물질인 질산이온, 황산이온, 인산이온, 휴믹산을 농도별로 실험하여 비소의 응집·침전처리시 영향을 검토하였다.
응집제 3가지(Alum, PAC, PASS)를 통해 비소의 산화형태별 비교 실험한 결과, 비소(V)는 응집제 종류와 상관없이 처리효율이 99 % 이상의 높은 처리효율이 확인되었다. 그러나 비소(III)는 비소의 농도, 응집제의 종류에 따라 처리효율이 달라지는 것으로 확인되었다.
비소(III) 0.5 mg/L일 때 Alum 응집제의 제거효율은 Alum 주입량 30 mg/L에서 50.4 %, PAC 주입량 30 mg/L에서 77.8 %, PASS 주입량 20 mg/L일 때 52.6 %로 최대 처리효율이 나타났다.
비소(III) 5 mg/L일 때 Alum 주입량 20 mg/L에서 60.9 %, PAC 주입량 30 mg/L에서 69.5 %, PASS 주입량 30 mg/L일 때 60.8 %로 최대 처리효율을 나타났다.
공존이온 4가지(질산이온, 황산이온, 인산이온, 휴믹산)을 농도별로 비교 실험한 결과, 비소(V)의 응집·침전시 공존이온에 대한 영향이 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 공존이온과 Alum의 용해도적 등 비교 하였을 때 비소(V)의 응집·침전 기작은 화학반응을 통한 비산알루미늄(Aluminum arsenate) 등 침전 형태이기 때문으로 판단된다.
비소(III) 0.5 mg/L에서는 공존이온이 10 ~ 50 mg/L 공존시 처리 효율이 소폭 상승하였나, 비소(III) 5 mg/L에서는 공존이온이 10 ~ 50 mg/L 공존시 처리효율이 감소되는 것으로 나타났다. 또한 비소(III)의 농도와 상관없이 공존이온의 농도가 100 mg/L 이상일 경우 처리효율이 저하되는 것으로 나타났다.
본 실험결과에 따르면 비소(V)는 응집제의 종류, 공존이온에 대한 영향이 낮으며 매우 높은 처리효율을 보인다. 즉, 비소로 오염된 물을 적정 응집·침전시 처리되지 않는 비소는 비소(III)의 비율일 가능성이 높은 것으로 판단된다. 이에, 응집침전공법을 적용하였으때 적정 처리되지 않는 비소를 처리하기 위해서는 응집·침전 전에 소독, 폭기 등의 산화처리 공정을 추가하면 처리효율 향상을 유도 할 수 있을 것으로 판단된다.