우리나라는 현재 다른나라에 비해 지하수 이용비율이 낮은 상태이며 기후변화로 인한 기상이변으로 수자원이 점차 부족해지고 있다. 댐, 저수지 등의 건설의 한계와 지표수의 오염 등으로 지표수 이용이 한계에 다다르고 있어 지하수 이용은 점차 증가할 것이다.

오염물질 중 비소는 황동석, 유비철석과 같은 지질특성을 가지는 지역에서 자연적으로 발생하지만 산업의 발전으로 화석연료의 연소, 비소 함유 농약 및 제초제의 사용과 같이 인위적인 요인에 의해서도 발생한다. 비소는 강한 독성을 가지며 미량 섭취만으로도 사람에게 치명적이기 때문에 전 세계적으로 엄격한 기준으로 관리되고 있다.

본 연구에서는 오염된 지하수 중 비소를 제거하기 위하여 활성탄을 염화철을 이용하여 개질하여 적용하였고, 다양한 영향인자에서의 비소 제거 효율을 비교하였다. 염화철 용액의 농도, 개질 활성탄 제조 시 반응온도, 개질 활성탄의 주입량, 비소 용액의 초기 pH의 조건을 변화시켜 실험 하였다.

염화철 개질 활성탄 제조 시 염화철의 농도를 조절하여 실험한 결과 염화철의 농도가 가장 낮은 0.01 M로 개질하였을 때 제거효율이 74 %로 가장 높았으며, 염화철 용액의 농도가 낮을수록 비소 제거 효율이 높아지는 경향을 보였다.

개질 활성탄 제조 시 반응온도를 15 ℃, 25℃, 35 ℃로 조절하여 실험한 결과 0.1 M로 개질한 활성탄의 경우 각각 26 %, 35 %, 24 %의 제거율을 보였으며, 0.3 M로 개질한 활성탄의 경우 각각 14 %, 25 %, 18 %의 제거율을 보였다. 이는 개질 시 반응온도는 비소의 제거율에 크게 영향을 미치지 않으며 최적의 조건이 존재한다는 것으로 판단할 수 있었다.

개질 활성탄의 주입량을 조절하여 실험한 결과 개질 활성탄의 주입량이 많을수록 제거효율이 증가하는 경향을 보였다. 활성탄은 0.1 g, 0.25 g, 0.5 g, 1.0 g, 1.5 g으로 조절하여 주입하였다. 가장 적은 양인 0.1 g의 활성탄을 주입하였을 때 0.1 M로 개질한 활성탄의 경우 제거효율이 21 %였으며, 0.3 M로 개질한 활성탄은 14 %로 나타났다. 가장 많은 양인 1.5 g을 넣었을 때 0.1 M로 개질한 활성탄의 경우 40 %의 비소 제거 효율을 보였고, 0.3 M로 개질한 활성탄의 경우 34 %의 제거효율을 나타내었다.

초기 비소용액의 pH에 따른 비소의 제거율은 pH를 3, 5, 7, 9, 11로 조절하여 실험하였다. pH가 5일때 제거효율이 가장 높게 나타났으며 pH가 5에서 9사이 일 경우 pH가 낮을수록 제거 효율이 높아졌다. 0.1 M로 개질한 활성탄의 경우 pH 3, 5, 7, 9, 11에서 각각 77 %, 98 %, 96 %, 90 %, 51 %의 제거효율을 나타냈으며, 0.3 M로 개질한 활성탄의 경우 각각 62 %, 94 %, 88 %, 85 %, 40 %의 제거효율을 보였다. 이는 pH에 따라 존재하는 비소의 형태가 달라지며 pH가 높아질수록 비소 음이온의 전하가 높아져 정전기적 반발로 인한 것으로 판단되었다.

염화철 개질 활성탄을 이용하여 비소를 흡착하는 과정은 이화학적 조건에 따라 큰 차이를 나타낸다. 따라서, 본 연구를 통해 각 영향인자를 고려하여 염화철 개질 활성탄을 이용하여 지하수 중 비소를 제거하는 공정에서 최적의 조건에서 운영할 수 있는 자료로 활용될 것으로 기대된다.