토양환경기술사시험자료집 - 오염확산방지 및 정화기술Ⅰ(32)

※ 산화토양조건과 환원토양조건에서 오염물질의 이동성, 용해도와 독성

 

1. 산화와 환원조건에서 오염물질 이동상의 차이점

      (1) 개요

               산화와 환원은 오염물질의 전달에 큰 영향을 미치며, 미생물의 활성도와 

               유기체에 이용 가능한 기질의 형태와 밀접하게 연관된다.

               (참고)

                ⊙ 양분의 유효도에 영향을 미치는 요인 : 수분함량, 통기성, 전성분함량, PH

                ⊙ PH의 중요성 :

                              물질의 이동, 식물 양분의 유효도, 미생물 활성도, CEC의 크기에 영향을 미침

      (2) 반응예

              1) 산화반응

                     - 친전자성인 산소를 이용하여 유기물질을 분해하는 반응

                     - 전자를 잃는 반응

                     - 산소는 환원되고, 유기물은 산화된다.

                     - 방향족화합물의 경우 고리 한끝에서 수산화반응이 일어난다.

                     - 최종적으로 산이 된다.

                                 RCH3 → RCH2OH → RCHO → RCOOH 

                                 H2O2 + RH → ROH + H2O

                                 CH3CHCl2 + H2O → CH3CCl2OH + 2H+ + 2e-

   2) 환원반응

         - 친핵성인 수소에 의해 유기물질이 분해되는 반응

         - 전자를 얻는 반응

         - 염소로 치환된 지방족화합물에서 염소의 수를 줄이는 역할을 한다.

                                CCl4 + H+ → CHCl3 + Cl-

      (3) 산화조건과 환원조건에 의한 오염물질의 이동

  1) 산화조건

         - 산화반응에 의해 생성된 산의 작용으로 Fe, Mn 등 대부분의 중금속은 

            금속산화물 및 금속수산화물로 침전(불용화)되어 이동하지 않고 머무른다.

         - 예외 : Cd, Cu, Cr, Zn : 환원성물질인 황화물이 공존하는 경우 용해도 감소(침전)

                                Cr6+  :  환원조건에서 물에 용해되기 쉬운 Cr6+가  불용성인 Cr3+로 되어 

                                            제거될 수 있다.

                                Se6+ →  Se0  :  영가세레늄으로 환원, 침전되어 제거

                                UO22+ →  UO2  :  이산화우라늄으로 환원, 침전되어 제거

    2) 환원조건

           PCE, TCE 등 DNAPL은 환원조건에서 탈염소화작용으로,

           이동이 되기 쉬운 물질로 완전분해되어 쉽게 이동한다.

 

                                                                                  탄산가스(CO2)

                              PCE   →  TCE  →  DCE  →  VC  →  물(H2O)

                                                                                  염화수소(HCl) 

                (참고)

                1) 산성조건(낮은 PH) : 중금속의 용해도가 높음.

                2) 알칼리성조건(높은 PH) : 침전 (단, As 는 예외)

 

2. 토양의 산화환원조건이 중금속의 용해도와 독성에 미치는 영향

      (1) 토양의 산화환원조건은 이동성에 영향을 미치는 중금속의 화학적형태와, 식물의 양분에 

           대한 유효도 및 미생물의 활성도 등 여러가지 생물학적 현상에 많은 영향을 끼친다.

      (2) 중금속 중에는 산화환원조건에 따라 용해도가 달라져 독성이 다르게 나타나는 것이 있다.

  1) Fe, Mn 등 대부분의 중금속 : 산화조건에서 불용화(침전)

  2) Cd, Cu, Cr, Zn : 환원조건에서 불용화(침전)

      Cr  -  산화상태 (6가크롬) : 독성이 강함

           -  환원상태 (3가크롬) : 침전

  3) As  - 산화상태 Arsenate As(Ⅴ)

            - 환원상태 Arsenite  As(Ⅲ) : 독성이 강함 

 

3. 산화토양조건과 환원토양조건에서 질소, 망간, 철, 황의 주된 이온형태

	산화토양	환원토양
질소	NO3-	N2, NH3
망간	Mn4+	Mn2+, Mn3+
철	Fe3+	Fe2+
황	SO42-	H2S, S

                탄소         CO2                   CH4