유류 및 중금속 등으로 오염된 토양을 정화하는 기술 중 토양세척법은 오염물질 처리 기간이 짧고, 다양한 오염 농도에 적용이 가능하다는 장점이 있어 현장에서 많이 적용되는 기술이다. 그러나 토양세척공정에서 이루어지는 물리적 선별, 화학적 세척, 중화과정 등은 토양의 특성값을 변화시키고, 변화된 토양 특성값으로 인해 작물의 성장을 저해시킬 수 있다.
본 연구는 토양세척공정의 세부공정인 물리적 선별과 산세척과정으로 인한 토양의 특성변화를 파악하기 위해 모의실험을 진행하였다. 모의실험에 사용된 토양은 군산대 인근 야산에서 채취하였다. 또한, (구)장항제련소 인근 비매입구역에서 토양세척공정을 적용한 세척 전/후 토양을 인수받아 토양의 특성변화 관찰하였다. 앞서 분석된 토양의 특성값은 토양시비기준과 식재기준을 비교하여 각 토양의 성질을 가늠하고, 세척토양의 재활용에 관한 시사점과 토양세척공정 설계에 고려되어야 할 사항을 제안하고자 하였다.
토양세척공정의 물리적 선별과정을 모의한 실험은 토양을 세 가지 종류의 입자 크기로 나누어 토양 특성을 분석 하였다. 세 가지 종류의 입자크기는 조사, 세사, 미사+점토이다. 세사(fine sand, 입경 0.25㎜~53㎛)에서 유기물함량, 유효인산, 총질소 항목이 53㎛ 이하인 미사+점토부분보다 47%, 37%, 38% 높은 수치를 보였다. 또한 탈수소효소와 β-glucosidase activity 항목도 세사가 미사+점토보다 약 4배, 2배 높은 수치를 보였다.
3가지 입경별로 분류하여 측정한 각 토양 특성값은 원래 토양(입경분리를 하지 않음)에서 차지하는 입경별 무게 비율에 따라 곱하여 합한 예측 값을 구한 뒤 원래 토양의 측정값과 비교하였다. 그 결과, pH, 유효인산, 유효규산, 전기전도도, 양이온교환능력은 원래 토양의 측정값과 가장 유사한 값을 보였으며, 전체 분석항목의 97%가 원래 토양의 측정값과 유사한 값을 보였다. 이를 통해 토양의 입경비율이 토양 특성값을 결정하는 요인 중 하나로 판단된다.
토양세척공정의 산세척과정을 모의한 실험은 채취한 토양에 인산 및 황산을 이용하여 세척 후 토양의 특성값을 분석하였다. 산세척 후 유기물 함량, pH, 총질소, 탈수수효소 활성, β-glucosidase activity은 16~45%, 14~69%, 14~43%, 79~90%, 72~84% 감소하였다. 반면에 전기전도도와 유효인산은 세척 후 약 6~23배, 700배 상승하였다. 산세척으로 가장 크게 영향을 미치는 토양 특성치는 생물학적 특성으로 탈수소효소와 β-glucosidase activity, 화학적 특성으로 pH, 전기전도도, 유효인산인 것으로 판단된다. 또한, 세척제로 사용된 인산용액은 토양 특성치 중에서 유효인산에 큰 영향을 미치며, 황산용액은 전기전도도 값에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.
토양의 산세척 후 수산화칼슘을 이용한 중화는 토양 pH 값을 4~7로 조절하고, 전기전도도 값을 43~84% 감소시킨다. 그러나, 중화제로 사용된 수산화칼슘의 영향으로 토양 내 치환성 칼슘이 1.5~10배 상승하였다.
토양세척의 주요공정인 물리적 선별과 산세척 공정을 거친 세척토의 토양 성질을 알아보고자 시비처방기준과 인공색재기준을 사용하여 비교하였다. 그 결과, 토양입자크기 중 세사(fine sand)가 실트와 점토(silt+clay)보다 높은 등급을 보였다. 토양 입경에 따른 토양 등급이 차이가 있는 것으로 보아 토양세척공정에서 입경별 세척토양을 혼합하여 재사용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 또한 산세척 토양은 pH나 전기전도도와 같은 토양 특성의 등급을 불량으로 낮추는 등 토양 특성 항목의 등급을 현저히 낮춘다. 산 세척토양을 재사용하기 위해 전기전도도, pH가 우선적으로 개량이 필요하며, 유기물함량, 양이온교환능력 등이 추가로 개량이 필요한 것으로 판단된다. 또한 토양세척공정에서 토양 특성변화를 고려한 개선이 필요한 것으로 판단된다.

Soil washing, among the technologies to purify soil contaminated with oil and heavy metals, is a technique applied in the field because it has a short treatment period of pollutants and can be applied to various pollutant concentrations. However, physically-particle size-seperation, chemical washing, and neutralization in the soil washing process can change the characteristics of the soil and inhibit the growth of the crop due to the changed soil characteristics.
This study conducted simulations to investigate change in the soil characteristics with the physically-particle size-seperation and acid washing of the soil washing process. The soil used in the simulations was taken from the mountains near Kunsan National University. In addition, the soil characteristics of soil washing field plant were observed. The soil characteristics analyzed in this study were compared with those of soil characteristics suitable for agriculture and landscape use, and the implications of reclamation of soils and the considerations for soil washing process design were suggested.
This study separated the soil samples into three groups: coarse sand, fine sand, and silt+clay. Organic matter content, available phosphate and total nitrogen of the fine sand(particle size: 0.25㎜~53㎛) were 47%, 37% and 38% higher than those of silt+clay (< 53㎛). In addition, dehydrogenase and β-glucosidase activity of the fine sand were 4 times and 2times higher than those of silt+clay.
This study simulated the acid washing process of the soil washing process. Used acids were phosphoric acid and sulfuric acid. After acid washing, organic matter content, pH, total nitrogen, dehydratase activity and β-glucosidase activity were decreased by 16~45%, 14~69%, 14~43%, 79~90%, 72~84%. While the electrical conductivity and available phosphate were increased about 6~23 times and 700 times after washing. Acid washing significantly affected biological characteristics of soil such as dehydrogenase and β-glucosidase activity, and also chemical characteristics such as pH, electrical conductivity and available phosphate. In addition, the phosphoric acid solution used as a washing agent has a great effect on the available phosphate among the soil characteristics, and the sulfuric acid solution has a great influence on the electric conductivity value.
After acid washing of soil, neutralization with calcium hydroxide regulates, the soil pH values 4 ~ 7 and reduces the electrical conductivity value by 43 ~ 84%. However, due to the effect of calcium hydroxide used as a neutralizing agent, the exchangeable calcium in the soil increased 1.5~10 times.
In order to investigate soil characteristics of washing soil after physical selection and acid washing process, which is the main process of soil washing, it compared with the soil characteristics suitable for agriculture and landscape. As a result, the fine sand showed higher grades than the silt and clay. Considering that the soil grades are varied according to the soil particle size, it is desirable to mix together and reuse the washed soil for land purpose. Also, washed soils significantly reduce the grade of soil characteristics, such as lowering the grade of soil characteristics such as pH and electrical conductivity to poor. In order to reuse acid washed soil, electrical conductivity and pH should be improved first, and in addition organic matter content and cation exchange capacity should be improved. It is also necessary to improve soil washing process in consideration of soil characteristics in soil washing process.