KR100909082B1 - 유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을복원하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법은, 유기성 폐기물에서 고형물을 분리하고, 고형물이 분리된 유기성 폐기물을 발효시켜 발효액을 제조하는 발효액제조단계와; 중금속에 오염된 토양에 상기 발효액을 투입하는 발효액투입단계;로 구성된다.

본 발명에 의해, 폐기물로 버려지는 유기성 폐기물을 활용하여 중금속에 오염된 토양, 폐광 지역의 토양, 광미장 등의 환경을 개량하여 미생물을 활성화시키고, 미생물의 흡착 및 산화 작용을 통해 중금속을 안정화시켜 토양을 복원시킴으로써 친환경적이고, 시공이 간편한 중금속 오염 토양 복원 기술이 제공된다.

중금속, 오염, 복원, 정화, 유기질, 액상, 비료

Description

유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법{RESTORATION METHODS OF CONTAMINATED SOIL BY HEAVY METAL USING ORGANIC WASTE}

본 발명은 유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법에 관한 것이다.

중금속에 오염된 토양을 정화시키기 위한 기술로, 세척용액을 이용하여 토양입자에 결합되어 있는 유기물질의 표면장력을 약화시키거나 중금속을 액상으로 변화시켜 토양입자로부터 분리시켜 처리하도록 한 토양세척(soil washing) 기법이 알려져 있다.

그런데, 상기와 같은 방법은 세척용액을 제조하여 토양에 공급해야 하는데 이는 세척용액으로 인한 2차 오염을 발생시킬 수 있음은 물론, 세척용액이 지하수를 오염시키는 문제가 있다.

또다른 기술로, 토양 및 지하수내에 공급된 전류에 의하여 유발되는 전기삼 투, 전기이온이동 등의 동전기현상을 이용하여 토양 및 지하수내의 오염물질을 이동, 추출시키는 동전기 정화기술(elctrokinetic extraction)이 알려져 있기도 하다.

상기와 같은 기술은 전기 설비를 구비해야 하며, 전기 공급에 따른 수중 미생물이나 수중 생물을 괴사시킬 수 있는 문제가 있다.

이 외에도 지질학적 물질을 이용한 처리 방법 등이 공개되어 있으나, 위와 같은 종래의 기술들은 대상 물질과 주변 환경 영향 등으로 인해 중금속 오염 토양에서 2차 오염을 방지하면서 토양을 복원시키기 어려운 것이 현실이다.

또한, 단기적 효과는 뛰어나나 2 차 오염을 발생시키고, 공정이 복잡하고 고가의 원료를 소요로 하므로 경제적 부담이 가중되는 문제점도 있었다.

본 발명의 유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법은 위와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 폐기물로 버려지는 유기성 폐기물을 활용하여 중금속에 오염된 토양, 폐광 지역의 토양, 광미장 등의 환경을 개량하여 미생물을 활성화시키고, 미생물의 흡착 및 산화 작용을 통해 중금속을 안정화시켜 토양을 복원시키려는 것이다.

특히, 별도의 화학 약품을 이용하지 않고, 2차 오염물질이 발생되지 않는 친환경적인 복원 방법을 제공하려는 것이다.

또한, 종래의 복원 방법에 비하여 시공이 간편한 복원 기술을 제공하려는 것이다.

본 발명의 유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법은 위와 같은 과제를 해결하기 위해, 유기성 폐기물에서 고형물을 분리하고, 고형물이 분리된 유기성 폐기물을 발효시켜 발효액을 제조하는 발효액제조단계와; 중금속에 오염된 토양에 상기 발효액을 투입하는 발효액투입단계;를 포함하여 구성된다.

이때, 유기성 폐기물은 축산 양돈 분뇨인 것을 특징으로 한다.

여기서, 발효단계는 유기성 폐기물을 혼합, 교반한 후 1차 고액 분리하여 고 형물을 분리하는 1차분리단계; 1차 분리된 유기성 폐기물을 폭기한 후 필터를 이용하여 2차로 고액 분리하는 2차분리단계;로 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 발효액투입단계는, 분사노즐이 구비된 롯드가 설치된 보링기계로 목적 심도까지 천공한 후 노즐에서 발효액을 고압 분사시키면서 롯드를 소정 속도로 회전 상승시킴으로써 발효액을 투입하는 것을 특징으로 하거나,

지반을 천공한 후 천공 홀에 주입구가 형성된 주입관을 설치하고 주입관을 통해 발효액을 고압으로 공급함으로써 주입구를 통해 발효액을 토양에 공급하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 폐기물로 버려지는 유기성 폐기물을 활용하여 중금속에 오염된 토양, 폐광 지역의 토양, 광미장 등의 환경을 개량하여 미생물을 활성화시키고, 미생물의 흡착 및 산화 작용을 통해 중금속을 안정화시켜 토양을 복원시킬 수 있다.

특히, 별도의 화학 약품을 이용하지 않고, 2차 오염물질이 발생되지 않는 친환경적인 복원 방법이 제공된다.

또한, 종래의 복원 방법에 비하여 시공이 간편한 복원 기술이 제공된다.

상기와 같은 효과로 인해, 온 사이트(On-Site) 및 이송처리 등에 의해 진행되던 토양 및 지하수위 처리 비용을 현저하게 절감할 수 있고, 대체 토지가 한정된 지역에 단기간에 오염 복원을 통하여 가용 용지를 공급할 수 있다.

또, 토양오염 복원으로 쉽게 이용 가능한 공원용지 및 녹지를 공급하고, 척박한 지역에 비옥한 대체 농지를 공급할 수 있으며, 비점원 오염원의 하천, 호수 및 해양으로의 중금속 유출을 차단할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법은 발효액제조단계와, 발효액투입단계로 크게 구분된다.

여기서 발효액은 종래의 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법에서 사용되는 화학 약품이나, 미생물이 아닌 유기성 폐기물인 것을 큰 특징으로 한다.

특히, 유기성 폐기물은 축산 폐수, 분뇨나 정화조 폐액, 주정 폐액 등 중에서 어느 한 가지를 사용할 수 있으며, 이중에서 축산 양돈 분뇨가 가장 바람직하다 할 것이다.

또, 상기 재료를 배합하여 사용할 수도 있는데, 이때는 대상 중금속의 오염 정도와 심도 등에 따라 원액의 배합 비를 달리 적용할 수도 있다.

본 발명에서 상기 유기성 폐기물을 발효시키는 방법은 다양한 방법을 적용할 수 있으나, 본 발명에서는 아래 기술한 방법을 적용하는 것이 가장 바람직하다 할 것이다.

구체적으로, 유기성 폐기물을 혼합, 교반한 후 1차 고액 분리하여 고형물을 분리하는 1차분리단계와; 1차 분리된 유기성 폐기물을 폭기한 후 필터를 이용하여 2차로 고액 분리하는 2차분리단계;로 구성한다.

이때, 축산 양돈 분뇨의 예를 들면 반입조에 총질소(T-N) 6,000 ppm, 생물학적산소요구량(BOD) 30,000 ppm, 부유물질량(S S) 25,000 ppm의 축산 양돈 분뇨를 투입한 후 혐기성 저장조에 약 7일간 혼합한후 교반한 다음 탱크에 침전된 고형물을 1차 분리한다.

이때 고형물이 분리된 축산 양돈 분뇨는 총질소(T-N) 4,000 ppm, 생물학적산소요구량(BOD) 6,000 ppm, 부유물질량(S S) 10,000 ppm 정도로 감소된다.

고형물이 1차 분리된 상기 축산 양돈 분뇨에 산소를 공급하면서 폭기한 다음 필터를 이용하여 2차 고액 분리를 시켜 제조된 축산 분뇨 발효액은 총질소(T-N) 3,000 ppm, 생물학적산소요구량(BOD) 5,000 ppm, 부유물질량(S S) 2,000 ppm 정도가 되는데, 이 발효액은 토양을 유기적으로 오염시키지 않으면서 중금속에 오염된 토양을 복원시킬 수 있는 상태가 된다.

발효액투입단계는 중금속에 오염된 토양에 상기 발효액을 투입하는 공정이다.

이때, 투입 방법은 교반공법이나 주입공법을 적용할 수 있다.

교반 공법은, 분사노즐이 구비된 롯드가 설치된 보링기계로 목적 심도까지 천공한 후 노즐에서 발효액을 고압 분사시키면서 롯드를 소정 속도로 회전 상승시킴으로써 발효액을 투입하는 방법으로, 도 1에 도시된 것처럼 보링기계의 롯드(10) 하부에 비트(30)를 설치하고, 롯드 외주면에는 스크류(11)를 설치하며, 롯드 내부에 발효액을 투입하기 위한 관을 설치하고, 롯드(10) 외주면에 노즐(20)을 설치하여 관과 롯드(10) 사이 공간으로 도면에서 화살표 방향으로 고압의 공기를 불어넣어 노즐을 통해 발효액이 분사되도록 하는 방법이다.

이때, 도 1에 도시된 (a)는 개량경을 나타낸 것으로 노즐에 의해 분사되는 발효액의 미치는 수평 범위를 나타낸 것이며, (b)는 스크류가 상승하면서 노즐에서 분사되는 수직 범위인 교반개량부를 나타낸 것이고, (c)는 천공 길이를 나타낸 것이다.

이러한 교반공법은 보링기계로 목적 심도까지 도달한 후 롯드 하부에 장착된 노즐에서 발효액을 펌프로 고압 분사시켜 지중의 토사와 발효액을 강재 교반 혼합시키면서 롯드를 소정의 속도로 회전 상승시켜 균일한 원주상의 개량체를 지중에 조성하여 오염 토양을 개량하는 것이다.

도 5는 교반공법을 위해 노즐에서 발효액을 분사시키는 실험 상태를 도시한 것이다.

이때 분사 압력은 200 ~ 400 kgf/㎠, 교반 범위는 0.6 ~ 3 m 정도가 바람직하다.

주입공법은 지반을 천공한 후 천공 홀에 주입구가 형성된 주입관을 설치하고 주입관을 통해 발효액을 고압으로 공급함으로써 주입구를 통해 발효액을 토양에 공급하도록 되어 있다.

즉, 토사나 사력층 입자간의 공극이나 원지반의 기존 간극, 균열 등을 이용 해 지중에 발효액을 충진, 침투시키는 공법이다.

도 2 내지 도 4에는 주입공법을 구체적으로 도시한 것으로, 도 2를 살펴보면, 주입관(100)에는 주입구(110)가 형성되어 있고, 주입관(100) 내측으로 발효액을 고압으로 공급하게 되면 주입구(110)를 통해 발효액이 분사되어 발효액을 토양에 공급하도록 되어 있다.

여기서, 도면부호 130은 주입관의 선단에 설치되는 선단 캡을 도시한 것이며, 도면부호 120은 주입관과 천공홀 사이 간격을 일정하게 유지시켜 주는 간격유지부재, 도면부호 140은 주입재의 수위를 확인할 수 있는 주입재확인호스를 도시한 것이다.

도 3은 주입공법의 시공순서도를 나타낸 것으로 발효액이 저장되는 발효액저장고(200)에 저장되어 있는 발효액이 펌프(210)와 유량계(220)를 거친 후 천공기(230)를 통해 주입관을 따라 분사되는 상태를 도시한 것이다.

이때 순서는, 천공, 분사, 인발, 분사완료, 집수정을 통한 발효액 처리의 순서로 진행된다.

한편, 도 4는 시공모식도를 도시한 것으로써, 일정한 간격으로 설치된 천공홀에 발효액이 펌프를 통해 천공된 홀 내부로 주입되면 주입구(110)를 통해 하나의 천공홀 주변으로 발효액이 분사되어 오염된 토양을 복원하게 된다.

도 6은 주입공법의 시공 전경을 나타낸 사진이다.

이러한 주입공법은 모든 지반에 적용 가능하나 그중에서도 사력층이나 풍화대, 광미장에 적용하는 것이 바람직하다.

하나의 주입관마다 주입 범위는 0.8 ~ 1.2 m, 주입압력은 초기압에 1 ~ 15 kg/㎠ 정도를 가한 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법의 효과를 살펴보기 위하여 토양오염조사 지정기관에서 실내시험을 수행하였다.
구체적으로, 반입조에 총질소(T-N) 6,000 ppm, 생물학적산소요구량(BOD) 30,000 ppm, 부유물질량(S S) 25,000 ppm의 축산 양돈 분뇨를 투입한 후 혐기성 저장조에 7일간 혼합한후 교반한 다음 탱크에 침전된 고형물을 1차 분리하고, 고형물이 분리된 축산 양돈 분뇨에 산소를 공급하면서 폭기한 다음 필터를 이용하여 2차 고액 분리를 시켜 제조된 축산 분뇨 발효액의 양을 달리하여 토양 내에 주입하고, 토양 성분 내의 납과 구리의 농도 변화를 나타냈다.

시험은 마이크로코즘 메소드(Microcosm Method)를 이용하였다.

도면 7a은 실험 샘플 토양의 납의 농도 변화를 나타낸 것으로, Blank1은 토양 1 ㎥당 발효액 50ℓ, Blank2는 토양 1 ㎥당 발효액 100ℓ, Blank3은 토양 1 ㎥당 발효액 150ℓ, Blank4는 토양 1 ㎥당 발효액 200ℓ를 주입했을 때의 결과이다.
여기서, 단위는 mg/kg으로 토양 건조 무게당 중금속의 무게를 나타낸다.
도면 7b는 도 7a와 같이 Blank1, Blank2, Blank3, Blank4가 발효액 50ℓ, 발효액 100ℓ, 발효액 150ℓ, 발효액 200ℓ가 되도록 발효액 주입 후 pH 및 가스량의 변화를 나타낸 것으로 선과 기호를 함께 나타낸 것이 pH 변화를 나타낸 것이며, 도형으로만 표시된 것이 메탄 가스 발생량을 나타낸 것이다.

또한, 도면 8a은 도 7a와 같이 발효액을 주입한 후 실험 샘플 토양의 구리의 농도 변화를 나타낸 것이다.

도면을 통해 알 수 있듯이 구리 및 납의 농도는 시간이 갈수록 감소하였으며, pH는 거의 일정하였고, 미량의 가스가 발생하는 것을 알 수 있다.

이를 통해 구리 및 납의 농도가 감소되는 것은 미생물이 생체 합성을 위해서 체내에 축적한 것으로 판단된다.

본 발명은 상기에서 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 인지할 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 본 발명에서 발효액을 투입하는 공법 중 교반 공법을 실시하는 상태를 도시한 개략도.

도 2 내지 도 4는 본 발명에서 발효액을 투입하는 공법 중 주입 공법을 실시하는 상태를 도시한 개략도.

도 5는 본 발명에서 교반 공법을 위해 노즐에서 발효액을 분사하는 상태를 도시한 사진.

도 6은 본 발명에서 주입 공법시 지중에 주입관을 설치한 후의 상태를 나타낸 사진.

도 7 내지 도 8은 본 발명을 이용한 토양 오염 복원 실험 후 납 및 구리의 농도 변화 및 가스량 변화, pH 변화를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명>

10 : 롯드 11 : 스크류

20 : 노즐 30 : 비트

100 : 주입관 110 : 주입구

120 : 간격유지부재 130 : 캡

140 : 주입재확인호스 200 : 발효액저장고

210 : 펌프 220 : 유량계

230 : 천공기

Claims (5)

1. 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법에 있어서,

   유기성 폐기물로써 축산 양돈 분뇨를 준비하여 축산 양돈 분뇨를 교반한 후 1차 고액 분리하여 고형물을 분리하는 1차분리단계와, 1차 분리된 축산 양돈 분뇨를 폭기한 후 필터를 이용하여 2차로 고액 분리하는 2차분리단계로 진행되어 고형물이 분리된 축산 양돈 분뇨를 발효시켜 발효액을 제조하는 발효액제조단계와;

   중금속에 오염된 토양에 상기 발효액을 투입하는 발효액투입단계;를 포함하여 구성된,

   유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 발효액투입단계는,

   분사노즐이 구비된 롯드가 설치된 보링기계로 목적 심도까지 천공한 후 노즐에서 발효액을 고압 분사시키면서 롯드를 소정 속도로 회전 상승시킴으로써 발효액을 투입하는 것을 특징으로 하는,

   유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 발효액투입단계는,

   지반을 천공한 후 천공 홀에 주입구가 형성된 주입관을 설치하고 주입관을 통해 발효액을 고압으로 공급함으로써 주입구를 통해 발효액을 토양에 공급하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는,

   유기성 폐기물을 이용하여 중금속에 오염된 토양을 복원하는 방법.

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