KR100435429B1

KR100435429B1 - 해저 퇴적물로부터의 오염물 용출 억제방법

Info

Publication number: KR100435429B1
Application number: KR10-1999-0032746A
Authority: KR
Inventors: 박광석; 조윤현
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2004-06-10
Also published as: KR20010017299A

Abstract

본 발명은 해저 퇴적물로부터의 오염물 용출 억제 방법에 관한 것으로,

제강 공정에서 발생하는 제강 슬래그를 5∼10mm 입도로 파쇄하는 단계; 및

상기 슬래그 파쇄물을 폐쇄성 내만역, 하천 및 호수 등지의 저층 퇴적물 상부에 2.5kg/m²이상의 복토량을 살포하는 단계;로 이루어지는 오염물 용출 억제 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 제강 슬래그를 파쇄하여 폐쇄성 내만역, 하천 및 호수등의 오염된 저층 퇴적물 상부에 복토재로 활용함으로써 퇴적층으로부터 인 및 황화수소 성분의 용출을 억제시켜 부영양화 방지에 활용할 수 있다.

Description

해저 퇴적물로부터의 오염물 용출 억제 방법{A METHOD FOR INHIBITING CONTAMINANTS-LIBERATION FROM SEDIMENTS}

본 발명은 해저 퇴적물로부터의 오염물 용출 억제 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐쇄성 내만역, 하천 및 호수등의 오염된 해저 퇴적물로부터 인 및 황화수소 등의 오염물 용출을 차단시켜 적조와 청조의 발생을 억제하는 방법에 관한 것이다.

이제까지 알려진 해저퇴적물을 개량하는 방법으로는 무산소 환경인 오염된 퇴적층에 산소를 공급하기 위하여 해저 경운 장비를 사용하여 퇴적층을 갈아엎거나 혹은 석회를 투입하여 무산소 환경에서의 황산 환원균의 활동을 저하시켜 황화수소의 발생을 방지하는 방법등이 있다.

그러나 경운 장비를 이용하는 방법은 대규모 중장비를 사용하는 관계로 비용이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 경운에 의해 무산소 퇴적층내에 집적되어 있는 오염물을 일시에 대량 방출하게 되어 수중 오염을 가속화시킨다는 단점이 있으며, 석회를 투입하는 방법은 투입량에 따른 석회 구입 비용 문제와 더불어 투입후 퇴적되는 과정에서 석회석이 용해됨에 따라 수중에 pH 상승에 따른 2차 오염 문제가 있어 상용화되지 않고 있다.

특히 해수 순환이 용이하지 않은 폐쇄성 내만역 환경에서는 육상 활동으로부터 공급된 인 성분등이 외해역으로 빠져나가지 못하고, 내만역 물층내에서 생물체에 의해 섭식된 후 생물 사체가 저층으로 침강하거나 혹은 부유물에 흡착되어 침강하는 등의 과정을 거쳐 해저퇴적층내로 유입되었다가 농도 확산에 의해 인산염 이온 형태로 다시 물층으로 용출되게 되므로, 퇴적층이 하나의 중요한 인 성분 유입원이될 수 있다.

또한, 무산소 환경하에 있는 퇴적층내에서 황산 환원균에 의해 생성된 황화수소 역시 확산에 의해 황 이온의 형태로 저층내로 용출되어 나올 수 있다. 그 화학 반응식은 다음과 같다.

Fe⁺³(PO₄)^-3→ Fe⁺² ₃(PO₄)₂ ^-3

S⁺⁶O₄ ^2-→ S^2-

Fe₃(PO₄)₂+ 3S^2-→ 3FeS + 2PO₄ ^3-

이에 본 발명의 목적은 저비용의 재료를 활용하여 pH 상승과 같은 2차 오염 문제를 일으키지 않고, 퇴적층의 교란은 최소화하면서 오염물의 용출을 억제하는 방법을 제공하려는데 있다.

도 1은 퇴적물로부터 오염물 용출 억제 효과를 측정하기 위한 장치의 측면도,

도 2는 본 발명에서 사용한 복토재의 단위면적당 복토량에 따른 저층 해수내 인 농도 변화를 도시한 그래프,

도 3은 본 발명에서 사용한 복토재의 단위면적당 복토량에 따른 저층 해수내 황화수소 농도 변화를 도시한 그래프이다.

*도면의 주요 부위에 대한 간단한 부호의 설명*

1... 질소 가스 취입구 2... 해수 주입구

3... 핀치 코오크 4... 볼트

5... 고무 패킹 6... 시료 채취구

7... 아크릴 반응 용기 8... 고무 튜브

9... 다공성 유리구(sintered glass ball)

10... 해수 11... 복토용 슬래그

12... 해저 퇴적물

본 발명에 의하면,

상기 슬래그 파쇄물을 폐쇄성 내만역, 하천 및 호수 등지의 저층 퇴적물 상부에2.5kg/m²이상의 복토량을 살포하는 단계;로 이루어지는 해저 퇴적물로부터의 오염물 용출 억제 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명에서는 제철소 제강 공정에서 발생하는 제강 슬래그를 해저 퇴적물 상부의 복토재로 활용하면 제철소 부산물의 재활용 측면에서 투입 비용의 절감 효과를 거두면서 제강 슬래그에 다량 함유되어 있는 칼슘 성분에 의해 퇴적물내 인 성분을 흡착 제거하고, 또한 물리적인 복토를 통해 저층으로부터 용출되어 나오는 오염물질의 물층내로의 상승 작용을 감소시킴으로써 오염된 해저퇴적물의 오염물 용출을 방지할 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

여기서 본 발명에서 복토재로서 사용되는 제강 슬래그내 화학 성분은 하기표 1에 도시한 바와 같다.

SiO₂	CaO	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	MnO	S	TiO₂	P₂O₅
16.2	48.0	1.0	23.3	6.3	4.7	0.08	1.5	1.7

이때 슬래그의 파쇄 입도는 이에 한정하는 것은 아니나, 5∼10mm 입도로 파쇄된 것을 사용하는 것이 좋다.

이때 5mm이하로 파쇄하더라도 복토재로서 사용가능하나, 체거름 공정을 추가로 거쳐야 하므로 실제 공정에 적용시 덜 바람직하며, 10mm이상의 입도로 파쇄되게 되면공극이 더 커지므로 복토량을 더 많이 필요로 하는 단점이 있다.

이와 같이 파쇄된 슬래그를 폐쇄성 내만역, 하천 및 호수등의 저층 퇴적물 상부에 2.5kg/m²이상의 복토량으로 살포한다. 2.5kg/m²이하의 복토량으로 살포시에는 도 2에 도시한 바와 같이 오염물 용출율을 50%정도로도 억제하지 못하게 되므로 바람직하지 않다.

또한 7.5∼12.5kg/m²을 살포하는 것이 용출되는 인 성분의 85%이상을 저감시킬 수 있어 아주 바람직한 것이다.

이와 같이 슬래그를 복토재로 살포하면, 슬래그내에 존재하는 칼슘 성분이 물에 용해되어 나오면서 수중의 인 성분과 반응하여 난용성 수산화 아파타이트(hydroxy apatite)를 형성하게 되므로, 퇴적층으로부터 용출되어 나오는 인 성분의 수중 용존 농도가 증가하는 것을 차단하게 된다.

5Ca²⁺+ 3HPO₄ ^2-+ 4OH^-→ Ca₅(OH)(PO₄)₃+ 3H₂O

또한 본 발명에서 제강 슬래그를 퇴적층상에 복토하게 되면, 하기식 5에서 보듯이, 슬래그의 철 또는 망간 성분과 황이온이 반응하여 황화철 또는 황화망간을 생성시켜 상기식 1∼3의 인산염 이온 용출 반응이 더 이상 진행되지 않게 되므로, 퇴적층내 인 성분의 용출 공급을 차단하게 된다.

슬래그(Fe, Mn) + S^2-→ FeS, MnS

상기한 바와 같이, 제강 슬래그를 입도 5∼10mm로 하여 폐쇄성 내만역의 무산소 환경 및 하천, 호수등의 저층 퇴적물 상부에 2.5kg/m²이상의 복토량으로 살포할 경우 퇴적물로부터 용출되는 인 성분의 50%이상을 저감시킴으로써 퇴적물로부터 공급되는 과잉의 인 성분 및 부가적으로 황화수소 성분을 차단하고, 부영양화 및 적조 발생율을 줄일 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

<실시예>

하기 실시예는 나아가 본 발명의 다양한 견지를 예시하는 것으로, 본 발명의 범위를 이에 한정하는 것은 아니다.

실시예 1: 복토재로 사용하기 위한 제강 슬래그의 최적 입도 결정

도 1의 장치를 통해 아크릴 반응 용기(7)내에 해저 퇴적물(12)층을 하부에 재치하고, 그 상부에는 제강 슬래그층을 덮은 후 해수 주입구(2)를 통해 폐쇄성 내만역의저층 해수(10)를 주입한다.

해저층의 무산소 환경을 만들기 위해 질소가스 취입구(1)를 통해 질소 가스를 주입하면 질소 가스는 고무 튜브(8)와 다공성 유리구(9)를 통해 해수(10)내로 인입되어 해수내 존재하는 용존 산소를 탈기시키게 된다.

이때 아크릴 반응용기(7)의 상부는 고무 패킹(5)과 볼트(4)를 이용하여 밀착되게 되므로, 질소 주입과 탈기후 핀치 코오크(3)를 사용하여 주입구들을 밀폐시킴으로써 반응 용기 내부는 무산소 환경으로 계속 유지시키게 된다.

반응이 계속되는 동안 매 시기별로 시료 채취구(6)로부터 시료를 분취해낸 다음 해수내 오염 물질에 대한 농도 분석을 실시하였다.

일정 시간동안 복토재의 입도별로 저층 해수내 인 농도 및 황화수소 농도를 분석하고, 그 결과를 각각 하기표 2 및 3에 도시하였다.

대조구(퇴적물 미복토시)	실험구(제강슬래그 입도별)에서의 인 성분 농도(ppm)
1.67	<1mm	0.021
	1-5mm	0.018
	5-10mm	0.015
	10-20mm	0.029
	>20mm	0.042

대조구(퇴적물 미복토시)	실험구(제강슬래그 입도별)에서의 황화수소 성분 농도(ppm)
25.0	<1mm	1.6
	1-5mm	1.2
	5-10mm	0.04
	10-20mm	2.4
	>20mm	4.8

상기표 2 및 3에서 보듯이, 제강 슬래그의 입도는 5∼10mm범위일 때가 최적임을 확인할 수 있다.

실시예 2: 제강 슬래그의 해저퇴적층 단위면적당 복토량 결정 및 이에 따른 인 성분 용출 억제 효과

도 1의 장치를 사용하여 복토량별 인 성분 용출 억제율 변화를 측정하고 그 결과를 도 2에 나타내었다.

인 성분 용출 억제율은 복토를 실시하지 않은 대조구에서의 저층 해수중 인 농도와 각 복토량별 저층 해수내 최종 인 농도를 비교하여 인 농도 저감율로 산정하였다.

도 2에서 보듯이, 제강 슬래그 복토량을 2.5kg/m²이상으로 살포하면 퇴적물로부터 용출되는 인 성분의 50%이상을 그리고 7.5kg/m²이상으로 살포하면 인 용출 성분의 85% 이상을 저감시킬 수 있는 것으로 확인되었다.

실시예 3: 제강 슬래그의 해저퇴적층 단위면적당 복토량에 따른 황화수소 성분 용출 억제 효과

도 1의 장치를 사용하여 복토량별 황화수소 성분 용출 억제율 변화를 측정하고 그 결과를 도 3에 나타내었다.

황화수소 성분 용출 억제율은 복토를 실시하지 않은 대조구에서의 저층 해수중 황화수소 농도와 각 복토량별 저층 해수내 최종 황화수소 농도를 비교하여 농도 저감율로 산정하였다.

도 3에서 보듯이, 제강 슬래그 복토량을 2.5kg/m²이상으로 살포하면 퇴적물로부터 용출되는 황화수소 성분의 50%이상을 그리고 7.5kg/m²이상으로 살포하면 황화수소 용출 성분의 90% 이상을 저감시킬 수 있는 것으로 확인되었다.

상기한 바에 따르면, 제강 슬래그를 파쇄하여 폐쇄성 내만역, 하천 및 호수등의 오염된 저층 퇴적물 상부에 복토재로 활용함으로써 퇴적층으로부터 인 및 황화수소 성분의 용출을 억제시켜 부영양화 방지에 활용할 수 있다.

Claims

제강 공정에서 발생하는 제강 슬래그를 5∼10mm 입도로 파쇄하는 단계; 및

상기 슬래그 파쇄물을 폐쇄성 내만역, 하천 및 호수 등지의 저층 퇴적물 상부에 7.5kg/m²∼12.5kg/m²의 복토량으로 살포하는 단계;로 이루어지는 해저 퇴적물로부터의 오염물 용출 억제 방법.
삭제