KR100557768B1

KR100557768B1 - 인산염 화합물을 이용한 토양 또는 소각재 내의 중금속고정화 방법 및 이를 이용한 토양 또는 소각재의 처리방법

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Publication number: KR100557768B1
Application number: KR1020050023488A
Authority: KR
Inventors: 이성재; 지원현; 정근진; 김지형; 나승민
Original assignee: 주식회사 지오웍스; 한라산업개발 주식회사
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-03-10

Abstract

본 발명은 인산염 화합물을 이용한 토양 또는 소각재 내의 중금속 고정화 방법 및 이를 이용한 토양 또는 소각재의 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, pH가 3~8인 인산염 수용액으로 중금속에 오염된 토양 또는 소각재를 처리하므로써, 별도의 후처리가 필요없이 간단하고 효과적으로 토양 또는 소각재 내의 중금속을 고정화할 수 있는 방법 및 이를 이용한 토양 또는 소각재의 처리방법에 관한 것이다.

인산염, 토양, 소각재, 중금속, 고정화, 처리

Description

인산염 화합물을 이용한 토양 또는 소각재 내의 중금속 고정화 방법 및 이를 이용한 토양 또는 소각재의 처리방법{METHOD FOR IMMOBILIZING HEAVY METAL IN SOIL OR INCINERATION ASH USING PHOSPHATE COMPOUND AND METHOD OF TREATMENT OF SOIL OR INCINERATION ASH USING THE SAME}

본 발명은 인산염 화합물을 이용한 토양 또는 소각재 내의 중금속 고정화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, pH가 3~8인 인산염 수용액으로 중금속에 오염된 토양 또는 소각재를 처리하므로써, 별도의 후처리가 필요없이 간단하고 효과적으로 토양 또는 소각재 내의 중금속을 고정화할 수 있는 방법에 관한 것이다.

토양오염법 제정과 함께 중금속에 의한 토양오염의 심각성이 인식되면서 그 방지 대책에 대한 기술개발, 연구 및 적용이 현재 활발하게 진행되고 있다. 이러한 노력으로 인하여 중금속이 발생되는 오염원에 대한 현황 파악 및 선진국의 중금속 오염 토양 정화 기술 등의 소개 및 적용 등이 꾸준하게 이루어지고 있다.

그러나 아직까지 중금속으로 오염되어진 피해지에서의 근본적인 개선책이 미비한 상황이며, 이러한 오염지역에 대한 효율적이고도, 경제적인 중금속 제거 사례가 거의 없어 국내 현실에 적합한 복원기술의 개발 및 적용이 시급하다고 할 수 있 다. 특히 광산 등의 대규모 중금속 점오염원으로 인한 주변지역 오염 및 도시쓰레기, 하수오니, 소각재와 같은 도시 및 산업 폐기물의 배출량 증가로 인한 중금속의 용출문제 등은 하루 빨리 해결책이 제시되어야 하는 매우 시급한 사안이라 할 수 있다.

중금속으로 오염된 토양 등을 처리하기 위하여, 고정화 기술, 안정화 기술, 세척법, 동전기 정화기술 등의 다양한 기술이 개발되어 있으며, 이러한 여러 공법 중에서, 고정화 기술은, 다양한 염 화합물을 주입하여 토양 중의 중금속과 매우 안정한 불용성 화합물을 형성하는 것에 의해 중금속의 이동성을 낮추는 기술로서, 환경적으로 가장 무해하고, 시간적 및 처리효율적으로 가장 경제적인 방법이라 할 수 있다.

이러한 고정화 기술 중에서, 특히 인(P, phosphorus)을 이용하여 중금속으로 오염된 지반 및 지하수를 복원하는 기술이 많은 주목을 받고 있다. 이는, 석회와 반응하여 생성된 광물질은 pH 등의 환경에 용해도적(K_sp)이 크게 변하지만, 인과 반응하여 생긴 인회석 계통의 광물질은 매우 안정하여 pH 등의 환경변화에 큰 영향을 받지 않고 매우 낮은 용해도적을 가지기 때문에, 고정화된 중금속의 용출문제가 발생하지 않기 때문이다.

인을 이용한 중금속 고정화 기술의 일 예에 있어서, 인은 다양한 인산염(Ca, K, Na 염)이나, 파이테이트(phytate), 아파타이트(apatite) 형태로 토양에 공급되는데, 토양 중의 중금속이 이들 금속이온과 치환되면서 용해도가 매우 낮은 새로운 광물인 피로모르파이트(pyromorphite) 계통을 형성하게 되어 중금속을 고정하게 된다.

이때 형성된 피로모르파이트의 용해도적은 매우 작아서, 고정된 중금속이 다시 용출될 위험성이 적다. 상기와 같이 인산염과 중금속과의 결합에 의한 중금속 고정화 반응의 결과로 형성되는 예시적인 광물질들의 종류 및 용해도적을 다음 표 1에 나타내었다.

[표 1] 광물질들의 용해도적(K_sp)

상기와 같은 새로운 인회석류 광물질에 존재하는 중금속은 다른 화학적 방법에 의해서 안정화된 경우보다 매우 높은 안정성과 고정성을 보인다. 이 광물들은 pH 2~12, 1,000℃, 물 혹은 다른 액상에서, 또는 지진과 같은 변동에서도 매우 안정하므로, 인회석류 광물질 속에 포함된 중금속은 지하수 등의 오염원으로 작용하지 않는다. 또한 이와 같은 중금속이 포함된 인회석류 광물질들의 안정성은 지표상이나 지하의 어떤 환경조건에도 변화가 없으므로, 중금속 처리과정이 지표나 지하 의 생태환경에 주는 영향도 적다고 할 수 있다.

상기한 바와 같이, 인산포함물질인 아파타이트를 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법은, 그 우수한 효율성으로 인해 많은 연구 및 현장 적용이 이루어지고 있다. 그러나, 아파타이트의 제조가 까다롭다는 점과, 그로 인해 토양복원의 비용이 많이 소요된다는 점 등의 문제가 있어, 더욱 간편하고 경제적인 중금속 고정화 방법의 개발이 요구되고 있다.

그러한 방법의 일 예로서, 아파타이트가 아닌 인산염 화합물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법이 대한민국 공개특허공보 제2004-87629호에 개시되어 있다. 상기 공개특허공보에 개시된 방법에서는, 중금속에 오염된 토양에 pH 1~1.5의 인산염 화합물 수용액을 과량으로 투입하여 중금속을 고정화시키고, 이를 알칼리성 수용액으로 후처리하여 과량의 미반응된 인을 제거하고 있다.

그러나, 상기 공개특허공보에 개시된 방법의 경우, 중금속 고정화에 비교적 장시간이 소요되고, 과량 투입 후 미반응된 인산염을 제거하고자 다시 알칼리성 수용액을 투입하는 등, 그 효율성 및 경제성의 측면에서 단점이 있다.

따라서, 아파타이트와 같은 광물성 화합물이 아닌 인산염 화합물을 사용하여, 보다 효율적이고 간편하며 경제적으로 중금속을 고정화시킬 수 있는 새로운 기술의 개발이 요청되고 있다.

한편, 토양 이외에도, 중금속의 고정화가 요청되는 분야가 있는 바, 소각장에서 배출되는 소각재의 전처리 분야가 그것이다. 국내에서 운영되는 소각장의 경우, 소각재 처리는 대부분이 매립에 의존하고 있으며, 특히 바닥재의 경우, 중금속 성분이 다소 적은 것으로 판단되어 일반쓰레기와 함께 매립처리를 하려는 경향이 있다. 그러나 용출시험을 한 결과 특정 중금속 농도가 기준치를 초과하여 지정폐기물로 분류되면서 처리에 곤란을 겪는 경우가 발생하고 있다. 이는 소각재의 전처리 과정에 필요한 유지관리비용의 부담으로 인해 전처리공정을 운영하지 않기 때문이다. 이러한 경제성의 논리에 의해 전처리를 하지 않기 때문에 소각재의 처리 뿐 아니라 재이용에도 많은 어려움이 있다. 따라서 경제성있는 소각재의 중금속 고정화 전처리 공정이 또한 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 본 발명의 목적은, 인산염 화합물을 사용하여, 별도의 후처리가 필요없이, 보다 효율적이고 간편하며 경제적으로 토양 또는 소각재 내의 중금속을 고정화시킬 수 있는 방법 및 이를 이용한 토양 또는 소각재의 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 토양이나 소각재 속에 함유된 중금속을 고정화하는 방법에 있어서, 상기 토양이나 소각재 속에 함유된 중금속의 몰수에 대하여 몰비로 0.5~2배에 상당하는 인을 함유하고, pH가 2~12인 인산염 수용액으로 상기 토양이나 소각재를 처리하는 것을 특징으로 하는 토양 또는 소각재 내의 중금속 고정화 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 중금속 고정화 방법을 실제로 적용하기 위해서는, 처리될 토양이나 소각재 속에 함유된 중금속의 양을 사전에 정량적으로 분석하여야 할 필요 가 있다. 토양이나 소각재 속에 함유된 중금속의 양은, 예컨대 한국 표준용출시험법(KSLT) 및 U.S EPA에서 개발되어 사용되고 있는 TCLP법(Toxicity Characteristic Leaching Procedure, EPA method 1311) 등과 같은 다양한 용출시험을 통하여 정량분석할 수 있다.

본 발명에 따른 중금속 고정화 방법에 있어서, 상기 인산염 수용액은, 상기 설명한 바와 같이 사전에 정량분석된 토양이나 소각재 속에 함유된 중금속의 몰수에 대하여 몰비로 0.5~2배에 상당하는, 바람직하게는 1~1.8배에 상당하는 인을 함유한다. 이 몰비가 0.5 미만이면, 중금속 고정화 효율이 너무 낮아지게 되고, 2를 초과하면, 과량의 미반응 인산염에 의한 토양 등의 오염이 우려되는 문제가 있다.

또한, 상기 인산염 수용액은 2~12의 범위인 pH를 가지며, 3~8의 pH를 갖는 것이 보다 바람직하다. 상기 pH가 2 미만이거나 12을 초과하면, 중금속의 고정화 효율이 나빠지는 문제가 있다. 상기 인산염 수용액의 pH는, 그 제조시에 적절한 산 및/또는 알칼리 수용액, 예컨대 1N 염산과 0.1N 수산화나트륨 수용액을 사용하여 조절할 수 있다.

상기 인산염 수용액으로는, 아파타이트와 같은 광물성 화합물이 아닌 인산염 화합물의 수용액이 별다른 제한없이 사용가능한 바, 예컨대 인산(H₃PO₄), 또는 KH₂PO₄, NaH₂PO₄, CaHPO₄ 등과 같은 알칼리 또는 알칼리토금속의 인산염 화합물 단독 또는 그 혼합물의 수용액이 사용될 수 있으며, 그 중에서도 이온화 경향이 높은 금속인 칼륨(K)의 인산염인 KH₂PO₄ 수용액을 사용하는 것이 반응성의 측면에서 바람직 하다.

본 발명에 따른 중금속 고정화 방법에 있어서는, 상기 처리되는 토양이나 소각재의 무게 1kg당 상기 인산염 수용액을 2~5L의 비율로, 보다 바람직하게는 2~3L의 비율로 사용하여 처리하는 것이 바람직하다. 이 비율이 토양이나 소각재의 무게 1kg당 2L 미만이면, 처리의 효율성이 나빠지는 문제가 있고, 5L를 초과하면 처리용량이 커져서 작업성이 나빠지는 경향이 있다.

본 발명에 따른 중금속 고정화 방법은, 납, 아연, 구리, 크롬, 비소, 카드뮴 등의 고정화에 효과적이며, 특히 납의 고정화에 매우 효과적이다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기한 바와 같은 본 발명의 중금속 고정화 방법을 이용한 토양 또는 소각재의 처리방법이 제공된다.

본 발명에 따른 토양 또는 소각재 처리방법에 있어서, 상기 토양 또는 소각재는 특정의 처리장소로 옮겨져서 처리되는 이동처리(ex situ)방법 또는 위치하는 장소에서 그대로 처리되는 현장처리(in situ)방법에 의해 처리될 수 있다. 특히 처리의 대상이 토양일 경우, 본 발명의 중금속 고정화 방법을 현장처리에 적용할 경우에는, 처리 대상이 되는 지역의 면적과 토양 내 중금속 함량을 사전에 조사하여, 토양 무게 대비 사용될 인산염 수용액의 양을 계산한 뒤, 이를 지중 파이프 등을 통해 지반 내에 골고루 투입하므로써 토양 중의 중금속이 고정화될 수 있다. 반면, 이동처리에 적용할 경우에는, 처리시 사용되는 반응기의 용량을 고려하여 반응기에 투입될 토양의 무게 및 인산염 수용액의 양을 결정하고, 결정된 각각의 양으로 토양 및 인산염 수용액을 반응기에 투입한 뒤, 이를 교반하는 겟에 의해 처리가 수행 된다. 소각재의 처리 또한 상기 토양의 이동처리와 마찬가지이다.

본 발명의 바람직한 일 구체예에 따른 중금속 고정화 방법은 다음과 같다.

먼저 처리될 토양 또는 소각재에 대하여 표준용출시험법(KLST)에 의한 사전 정량분석을 행하여, 그 중금속 함량을 결정한다. 다음으로, 결정된 중금속 함량 및 처리대상 시료의 무게를 기초로 하여, 그 함유 중금속 몰수에 대하여 몰비로 0.5~2배, 예컨대 1.8배에 상당하는 인을 함유하는 인산염, 예컨대 KH₂PO₄ 수용액을, 시료 무게 1kg당 2~5L, 예컨대 3L의 부피가 되도록 제조하고, 제조된 인산염 수용액의 pH를 1N 염산과 0.1N 수산화나트륨 수용액을 사용하여 2~12, 예컨대 6으로 맞춘다. 준비된 인산염 수용액과 처리 대상 시료를 회전추출장치에 넣고, 30rpm으로 10분~6시간 동안 혼합시키므로써 중금속의 고정화 반응이 수행된다. 이렇게 하여, 처리된 시료는, 인산염의 용출량이 매우 작기 때문에, 이의 제거를 위하여 별도의 알칼리 수용액을 사용하는 후처리가 필요치 않게 된다.

이하에서 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 하나, 이들 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1~6 및 비교예 1~2>

화강 풍화토를 70℃에서 24시간 건조한 후, 표준체를 사용하여 2mm이하 입도 (10 mesh)로 분류하고, 분류된 시료를 시료(g):질산납 수용액(ml) 비를 1:2로 하여 한달 간 오염시킨 후, 여과 후 70℃에서 24시간 건조시켜, 처리 대상 시료로서 인위 오염 토양을 제조하였다.

상기 제조된 인위 납오염 토양에 대하여, TLCP 용출시험을 수행하여 상기 인위 오염 토양 중의 납 함량을 정량분석한 결과, 토양 1kg 당 1930mg(9.32밀리몰)의 납이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 납의 정량분석에는 유도분극 플라즈마 원자발광광도계(ICP-AES)(모델명:Jobin Yvon 138 Ultima 2C)를 사용하였다.

실시예 1~3

증류수 3L에 KH₂PO₄를 각각 4.66, 9.32 및 18.6밀리몰 투입한 후, 1N 염산과 0.1N 수산화나트륨 수용액을 사용하여 pH를 6으로 맞추어 실시예 1~3에 사용하기 위한 인산염 수용액을 각각 제조하였다.

상기 제조된 인위 납오염 토양 1kg과 상기 제조된 각각의 인산염 수용액을 회전추출장치에 투입하고 30rpm으로 3시간동안 혼합시키므로써, 납의 고정화 반응을 수행하였다.

반응이 완료된 후, 토양을 여과하여 수거하고, 70℃에서 24시간 건조시킨 후, TLCP 용출시험을 수행하고, 용출된 납의 양을 ICP-AES로 정량분석하였다. 또한, 상기 여과액 중에 존재하는 미반응 잔류 인의 농도를 원자흡광분광기(AAS)로 정량분석하였다. 정량 분석의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

비교예 1~2

증류수 3L에 KH₂PO₄를 각각 2.33 및 23.3밀리몰 투입한 후, 1N 염산과 0.1N 수산화나트륨 수용액을 사용하여 pH를 6으로 맞추어 비교예 1~2에 사용하기 위한 인산염 수용액을 각각 제조하여, 상기 제조된 인위 납오염 토양에 대하여 상기 실 시예 1~3과 마찬가지로 납의 고정화 반응을 수행하였고, 반응이 완료된 토양에 대하여 실시예 1~3과 마찬가지로 여과건조 후 TLCP 용출시험을 수행하고, 용출된 납의 양을 ICP-AES로 정량분석하고, 또한, 상기 여과액 중에 존재하는 미반응 잔류 인의 농도를 원자흡광분광기(AAS)로 정량분석하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

	P/Pb 몰비^*	용출된 납의 양(mg/kg)	잔류 인 농도(mg/L)	납 고정화율(%)
실시예 1	0.5	368.6	불검출	80.9
실시예 2	1	94.7	30.2	95.1
실시예 3	2	50.0	84.1	97.4
비교예 1	0.25	1503.4	불검출	22.1
비교예 2	2.5	36.7	157.6	98.1

주) P/Pb 몰비 : 인위 납오염 토양 시료 중의 납의 몰수에 대한 인산염 수용액 중의 인의 몰수 비.

상기 표 2의 결과를 살펴보면, P/Pb 몰비가 0.5~2인 실시예 1~3의 경우, 80% 이상의 높은 납 고정화율을 보였던 반면, P/Pb 몰비가 0.25인 비교예 1의 경우, 20% 정도의 낮은 수준으로 납을 고정화하는 데에 그쳤다. 한편, P/Pb 몰비가 2.5인 비교예 2의 경우, 과량의 인산염 화합물을 사용하므로써 납 고정화율은 높았으나, 미반응 잔류 인의 농도가 지나치게 높아 실제 현장처리에 적용하기에는 바람직하지 않다.

<실시예 4~5 및 비교예 3~5>

실시예 4~5

증류수 3L에 KH₂PO₄를 4.66밀리몰 투입한 후, 1N 염산과 0.1N 수산화나트륨 수용액을 사용하여 pH를 각각 2 및 12로 맞추어 실시예 4~5에 사용하기 위한 인산염 수용액을 제조하여, 상기 실시예 1~3에서 사용된 인위 납오염 토양에 대하여 상기 실시예 1~3과 마찬가지로 납의 고정화 반응을 수행하였고, 반응이 완료된 토양에 대하여 실시예 1~3과 마찬가지로 여과건조 후 TLCP 용출시험을 수행하고, 용출된 납의 양을 ICP-AES로 정량분석하여, 그 결과를 실시예 1의 결과와 함께 하기 표 3에 나타내었다.

비교예 3~5

증류수 3L에 KH₂PO₄를 4.66밀리몰 투입한 후, 1N 염산과 0.1N 수산화나트륨 수용액을 사용하여 pH를 각각 1, 1.5 및 12.5로 맞추어 비교예 3~5에 사용하기 위한 인산염 수용액을 제조하여, 상기 실시예 1~3에서 사용된 인위 납오염 토양에 대하여 상기 실시예 1~3과 마찬가지로 납의 고정화 반응을 수행하였고, 반응이 완료된 토양에 대하여 실시예 1~3과 마찬가지로 여과건조 후 TLCP 용출시험을 수행하고, 용출된 납의 양을 ICP-AES로 정량분석하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

	P/Pb 몰비	용출된 납의 양(mg/kg)	인산염 수용액의 pH	납 고정화율(%)
실시예 1	0.5	368.6	6	80.9
실시예 4	0.5	337.8	2	82.5
실시예 5	0.5	362.8	12	81.2
비교예 3	0.5	721.7	1	62.6
비교예 4	0.5	905.2	1.5	53.1
비교예 5	0.5	746.9	12.5	61.3

상기 표 3의 결과를 살펴보면, 실시예 1, 4 및 5의 경우, 인산염 수용액의 액성이 pH 2~12의 광범위한 범위에서 80% 이상의 높은 납 고정화율을 보였던 반면, 인산염 수용액의 액성이 본원발명에서 특정한 범위를 벗어나는 비교예 3~5의 경우에는, 실시예 1, 4 및 5에 비하여 낮은 수준의 납 고정화율을 보임을 알 수 있다.

<실시예 6~7>

실시예 6

화강 풍화토를 70℃에서 24시간 건조한 후, 표준체를 사용하여 2mm이하 입도 (10 mesh)로 분류하고, 분류된 시료를 시료(g):질산카드뮴 수용액(ml) 비를 1:2로 하여 한달 간 오염시킨 후, 여과 후 70℃에서 24시간 건조시켜, 처리 대상 시료로서 인위 카드뮴오염 토양을 제조하였다.

상기 제조된 인위 카드뮴오염 토양에 대하여, TLCP 용출시험을 수행하여 상기 인위 오염 토양 중의 카드뮴 함량을 정량분석한 결과, 토양 1kg 당 14.2mg(0.126밀리몰)의 카드뮴이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 카드뮴의 정량분석에는 유도분극 플라즈마 원자발광광도계(ICP-AES)(모델명:Jobin Yvon 138 Ultima 2C)를 사용하였다.

증류수 3L에 KH₂PO₄를 0.252밀리몰 투입한 후, 1N 염산과 0.1N 수산화나트륨 수용액을 사용하여 pH를 6으로 맞추어 실시예 6에 사용하기 위한 인산염 수용액을 제조하여, 상기 인위 카드뮴오염 토양에 대하여 상기 실시예 1~3과 마찬가지로 카드뮴의 고정화 반응을 수행하였고, 반응이 완료된 토양에 대하여 실시예 1~3과 마찬가지로 여과건조 후 TLCP 용출시험을 수행하고, 용출된 카드뮴의 양을 ICP-AES로 정량분석하여, 그 결과를 실시예 3의 결과와 함께 하기 표 4에 나타내었다.

실시예 7

화강 풍화토를 70℃에서 24시간 건조한 후, 표준체를 사용하여 2mm이하 입도 (10 mesh)로 분류하고, 분류된 시료를 시료(g):질산아연 수용액(ml) 비를 1:2로 하여 한달 간 오염시킨 후, 여과 후 70℃에서 24시간 건조시켜, 처리 대상 시료로서 인위 아연오염 토양을 제조하였다.

상기 제조된 인위 아연오염 토양에 대하여, TLCP 용출시험을 수행하여 상기 인위 오염 토양 중의 아연 함량을 정량분석한 결과, 토양 1kg 당 655.6mg(10.0밀리몰)의 아연이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 아연의 정량분석에는 유도분극 플라즈마 원자발광광도계(ICP-AES)(모델명:Jobin Yvon 138 Ultima 2C)를 사용하였다.

증류수 3L에 KH₂PO₄를 20.0밀리몰 투입한 후, 1N 염산과 0.1N 수산화나트륨 수용액을 사용하여 pH를 6으로 맞추어 실시예 7에 사용하기 위한 인산염 수용액을 제조하여, 상기 인위 아연오염 토양에 대하여 상기 실시예 1~3과 마찬가지로 아연의 고정화 반응을 수행하였고, 반응이 완료된 토양에 대하여 실시예 1~3과 마찬가지로 여과건조 후 TLCP 용출시험을 수행하고, 용출된 아연의 양을 ICP-AES로 정량분석하여, 그 결과를 실시예 3의 결과와 함께 하기 표 4에 나타내었다.

[표 4]

	P/중금속 몰비^*	용출된 중금속 양(mg/kg)	중금속 종류	중금속 고정화율(%)
실시예 3	2	50.0	납	97.4
실시예 6	2	0.34	카드뮴	97.6
실시예 7	2	31.5	아연	95.2

주) P/중금속 몰비 : 인위 중금속오염 토양 시료 중의 중금속의 몰수에 대한 인산염 수용액 중의 인의 몰수 비.

상기 표 4의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 중금속 고정화 방법은 납뿐만 아니라, 카드뮴, 아연과 같은 중금속에 대하여도 우수한 고정화율을 보임을 알 수 있다.

<실시예 8>

성남시 쓰레기 소각장에서 채취한 소각재를 70℃에서 24시간 건조한 후, 표준체를 사용하여 2mm이하 입도 (10 mesh)로 분류하여, 처리 대상 시료로 하였다.

상기 소각재 시료에 대하여, TLCP 용출시험을 수행하여 상기 소각재 시료 중의 중금속 함량을 정량분석한 결과, 시료 1kg 당 크롬 353.4mg(6.80밀리몰), 카드뮴 3.1mg(0.028밀리몰), 아연 33.3mg(0.509밀리몰)이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 중금속의 정량분석에는 유도분극 플라즈마 원자발광광도계(ICP-AES)(모델명:Jobin Yvon 138 Ultima 2C)를 사용하였다.

증류수 3L에 KH₂PO₄를 14.7밀리몰 투입한 후, 1N 염산과 0.1N 수산화나트륨 수용액을 사용하여 pH를 6으로 맞추어 실시예 8에 사용하기 위한 인산염 수용액을 제조하여, 상기 소각재 시료에 대하여 상기 실시예 1~3과 마찬가지로 중금속의 고정화 반응을 수행하였고, 반응이 완료된 시료에 대하여 실시예 1~3과 마찬가지로 여과건조 후 TLCP 용출시험을 수행하고, 용출된 중금속의 양을 ICP-AES로 정량분석하여, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

[표 5]

중금속 종류	용출된 중금속 양(mg/kg)	중금속 고정화율(%)
크롬	1.90	99.5
카드뮴	-	100
아연	1.10	96.7

상기 표 5의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 중금속 고정화 방법은 중금속으로 오염된 토양뿐만 아니라, 중금속을 함유하고 있는 소각재에 대하여도 우수한 중금속 고정화율을 보임을 알 수 있다.

<실시예 9>

실시예 3과 동일한 방법으로 납 고정화 반응을 수행하면서, 반응 시작 후 5분, 10분, 30분 및 1시간 경과 후 토양 시료를 채취하여, 이 채취된 토양에 대하여 실시예 1~3과 마찬가지로 여과건조 후 TLCP 용출시험을 수행하고, 용출된 납의 양을 ICP-AES로 정량분석하여, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

[표 6]

반응 개시후 경과시간	용출된 납의 양(mg/kg)	납 고정화율(%)
5분	339.7	82.4
10분	131.2	93.2
30분	100.4	94.8
1시간	92.6	95.2

상기 표 6의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 중금속 고정화 방법은 초기 10분 이내에 대부분의 고정화가 이루어짐을 알 수 있는 바, 처리시간의 측면에서 매우 우수한 중금속 고정화 방법임을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 별도의 후처리가 필요없이, 보다 효율적이고 간편하며 경제적으로 토양 또는 소각재 내의 중금속을 고정화시킬 수 있다. 특히 본 발명의 중금속 고정화 방법은, 각종 중금속에 대해서 우수한 고정화 효율을 보이고, 토양뿐만 아니라 소각재에 대해서도 적용가능하며, 처리시간을 획기적으로 단축시킬 수 있어, 중금속으로 오염된 토양의 복원 및 소각재의 처리에 유용하게 활용될 수 있다.

Claims

토양 또는 소각재 속에 함유된 중금속을 고정화하는 방법에 있어서, 처리될 토양 또는 소각재 속에 함유된 중금속의 양을 정량분석하고, 상기 토양 또는 소각재 속에 함유된 중금속의 몰수에 대하여 몰비로 0.5~2배에 상당하는 인을 함유하고, pH가 2~12인 인산염 수용액으로 상기 토양이나 소각재를 처리하는 것을 특징으로 하는 토양 또는 소각재 내의 중금속 고정화 방법.
제1항에 있어서, 상기 인산염 수용액은 알칼리 또는 알칼리토금속의 인산염 화합물 단독 또는 그 혼합물의 수용액인 것을 특징으로 하는 토양 또는 소각재 내의 중금속 고정화 방법.
제1항에 있어서, 상기 처리되는 토양 또는 소각재의 무게 1kg당 상기 인산염 수용액을 2~5L의 비율로 사용하여 처리하는 것을 특징으로 하는 토양 또는 소각재 내의 중금속 고정화 방법.
제1항에 있어서, 상기 토양 또는 소각재 속에 함유된 중금속은 납, 아연, 구리, 크롬, 비소 및 카드뮴 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 토양 또는 소각재 내의 중금속 고정화 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 중금속 고정화 방법을 이용한 토양 이나 소각재의 처리방법.
제5항에 있어서, 상기 토양 또는 소각재는 이동처리(ex situ)방법 또는 현장처리(in situ)방법에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는 처리방법.