KR100919918B1 - Method and Apparatus for cleaning up material being polluted by PCBs - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리염화비페닐이 함유된 오염물질의 정화방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 탈할로겐화 반응을 위한 수소 공여 메카니즘을 개선하여 폴리염화비페닐의 제거 효율을 크게 향상시킨 정화방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.The present invention relates to a method and apparatus for purifying pollutants containing polychlorinated biphenyls. The present invention relates to a method and apparatus for purifying polychlorinated biphenyls by improving a hydrogen donating mechanism for a dehalogenation reaction. The purpose is to provide.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정화방법은, 철이 사용된 전자 공여체와, 물, 알코올, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택된 수소 공여체와, 이 수소 공여체의 반응 메카니즘을 촉진시키기 위하여 상기 전자 공여체인 철의 함량 대비 0.1 ~ 20 중량% 투입되는 첨가제를 폴리염화비페닐이 함유된 오염물질과 혼합하는 단계; 상기 전자 공여체, 수소 공여체 및 첨가제가 혼합된 오염물질을 100 ~ 600℃로 가열하여 폴리염화비페닐의 염소를 수소로 신속하게 치환시키는 단계를 포함한다.Purification method according to the present invention for achieving the above object, to promote the reaction mechanism of the electron donor, iron, hydrogen donor selected from water, alcohol, ether, aliphatic hydrocarbons and mixtures thereof, and the hydrogen donor Mixing an additive, which is added in an amount of 0.1 to 20% by weight based on the content of iron as the electron donor, with a pollutant containing polychlorinated biphenyl; And heating the contaminants mixed with the electron donor, the hydrogen donor, and the additive to 100 to 600 ° C. to rapidly replace chlorine of the polychlorinated biphenyl with hydrogen.

폴리염화비페닐, 전자 공여체, 수소 공여체, 첨가제, 철, 니켈 Polychlorinated biphenyls, electron donors, hydrogen donors, additives, iron, nickel

Description

폴리염화비페닐이 함유된 오염물질의 정화방법 및 그 장치{Method and Apparatus for cleaning up material being polluted by PCBs}Method and apparatus for cleaning pollutants containing polychlorinated biphenyls {Method and Apparatus for cleaning up material being polluted by PCBs}

본 발명은 폴리염화비페닐이 함유된 오염물질의 정화방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리염화비페닐이 함유된 토양, 산업부산물 및 폐기물과 같은 오염물질을 고온의 반응조에 장입하고 신속하게 탈할로겐화 반응을 시킴으로써 폴리염화비페닐을 효과적으로 제거할 수 있는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for purifying pollutants containing polychlorinated biphenyls, and more particularly, to contaminants such as soil, industrial by-products and wastes containing polychlorinated biphenyls in a high temperature reactor. The present invention relates to a method and an apparatus capable of effectively removing polychlorinated biphenyls by a rapid dehalogenation reaction.

폴리염화비페닐(Poly Chlorinated Biphenyls, PCBs}은 두 개의 벤젠고리가 연결된 비페닐의 10개 수소원자 중 2∼10개가 염소 원자로 치환된 화합물을 말한다. 이 화합물은 물에 불용성이고 유기용매에 용해도가 좋으며 산과 알칼리에도 안정적이지만, 토양과 해수에 오래 잔류하며, 인체에 들어갔을 때 간장과 피부에 상해를 주어 1976년 전 세계적으로 그 사용 및 제조가 금지되었다.Poly Chlorinated Biphenyls (PCBs) are compounds in which 2 to 10 of the 10 hydrogen atoms of the biphenyls linked by two benzene rings are substituted with chlorine atoms, which are insoluble in water and soluble in organic solvents. Good and stable to acids and alkalis, but long-lasting in soil and seawater, injuring the liver and skin when it enters the human body, banning its use and manufacture worldwide in 1976.

사용 및 제조가 금지되기 전까지 폴리염화비페닐은 공업용 열매체, 카본리스 복사지의 색소용제, 콘덴서의 절연유(絶緣油), 전력 케이블 피복용 고무의 가소제(可塑劑) 등으로 많이 사용되었다. 따라서, 이들 산업제품의 부산물이나 폐기물, 또는 폴리염화비페닐을 함유한 제품을 생산하던 공장 지대나 폐기물들이 버려진 토양 등은 장기간 폴리염화비페닐로 오염되어 심각한 환경 문제를 발생시키고 있다. 통계에 따르면 전 세계적으로 100만톤의 폴리염화비페닐이 자연계에 방출되었고, 폐기처분해야 할 양도 200만톤에 이르고 있다. Until use and manufacture were prohibited, polychlorinated biphenyls were often used as industrial heat mediums, pigment solvents for carbonless copy paper, insulating oils for capacitors, and plasticizers for rubber for power cable coating. Therefore, the by-products and wastes of these industrial products, or the factory area where the products containing polychlorinated biphenyls are produced, or the soil where the wastes are discarded, are contaminated with polychlorinated biphenyls for a long time, causing serious environmental problems. Statistics show that 1 million tonnes of polychlorinated biphenyls have been released into the world worldwide, and 2 million tonnes have to be disposed of.

폴리염화비페닐로 오염된 토양을 그대로 방치할 경우 빗물에 녹아들어 다른 토양까지 오염시킬 뿐만 아니라, 동식물의 체내에 축적되어 생태계의 최종 소비자인 인간에도 해로운 영향을 준다. 따라서, 폴리염화비페닐로 오염된 토양에 대한 정화의 필요성이 크게 부각되었고, 이는 산업 폐기물 분야에서 중요한 연구과제가 되어 왔다.If the soil contaminated with polychlorinated biphenyl is left as it is, it will not only dissolve in rainwater and contaminate other soils, but will also accumulate in plants and animals, which will have a detrimental effect on humans, the end consumers of ecosystems. Therefore, the necessity of the purification of the soil contaminated with polychlorinated biphenyl has been greatly highlighted, which has been an important research subject in the industrial waste field.

폴리염화비페닐로 오염된 토양을 정화하는 한 가지 방법이 대한민국 등록특허 제380549호에 게시되어 있다. 이 정화방법은 팔라듐(Pd)이 코팅된 철과 흙이 혼합되어 두 겹의 부직포 사이에 샌드위치 식으로 충진된 반응벽체를 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질이 통과하는 장소에 설치하여 오염물질이 반응벽체를 통과하는 동안에 폴리염화비페닐을 제거할 수 있도록 한 것이다. 그러나, 이러한 정화방법은 오염물질이 반응벽체를 통과하는 동안에만 정화되므로 정화능력에 한계가 있고, 상온에서 이루어지는 관계로 반응속도도 상당히 느려서 실효성이 떨어지는 문제점이 있다.One method for purifying soil contaminated with polychlorinated biphenyls is disclosed in Korean Patent No. 380549. This purification method is to install a reaction wall filled with a palladium (Pd) coated iron and soil and sandwiched between two layers of nonwoven fabric in a place where pollutants containing polychlorinated biphenyls pass. The polychlorinated biphenyls can be removed while passing through the reaction wall. However, this purification method has a limitation in the purification ability because the contaminant is purified only while passing through the reaction wall, there is a problem that the reaction rate is also considerably slower due to the reaction at room temperature.

폴리염화비페닐로 오염된 토양을 정화하는 또 다른 방법이 대한민국 공개특허 제2006-71565호에 게시되어 있다. 이 정화방법은 제철 부산물인 산화철과 수소화붕소를 1:1 ~ 1:3의 비율로 혼합하여 분해제를 제조한 다음, 이 분해제를 오염된 토양에 혼합하고 수분을 첨가한 후 한동안 방치함으로써 폴리염화비페닐을 제거하는 방법이다. 그러나, 이 방법도 방치기간을 최소한 7일 이상 두어야 하므로 정화속도가 매우 느린 문제점을 여전히 안고 있다. Another method for purifying soil contaminated with polychlorinated biphenyls is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 2006-71565. This purification method is to prepare a disintegrant by mixing iron byproduct iron oxide and boron hydride in a ratio of 1: 1 to 1: 3, and then mixed the disintegrant to contaminated soil, add water, and leave it for a while. It is a method of removing biphenyl chloride. However, this method still has a problem that the purification rate is very slow because it should be left for at least 7 days.

한편, 폴리염화비페닐(PCBs), 폴리염화페놀(PCP), 다이옥신(PCDD/PCDF)과 같이 독성을 가진 모든 할로겐화 방향족 화합물을 탈할로겐화를 통하여 그 독성을 제거하는 방법이 대한민국 등록특허 제689683호에 게시되어 있다. 이 방법은 할로겐화 방향족 화합물을 물, 알콜, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 수소 공여 화합물의 존재하에 리튬, 칼륨, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 아연 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 환원금속과의 반응을 통하여 탈할로겐화시키는 방법에 있어서, 상기 탈할로겐화 반응이 반응 가속화제로서 1 종 이상의 아민의 존재하에서 수행하도록 구성된다.On the other hand, a method of removing the toxicity through dehalogenation of all toxic halogenated aromatic compounds such as polychlorinated biphenyls (PCBs), polychlorinated phenols (PCP), dioxin (PCDD / PCDF) is Republic of Korea Patent No. 689683 Posted in This method comprises a halogenated aromatic compound with a reducing metal selected from the group consisting of lithium, potassium, sodium, magnesium, aluminum, zinc and iron in the presence of a hydrogen donor compound selected from the group consisting of water, alcohols, ethers, aliphatic hydrocarbons and mixtures thereof. In the method for dehalogenation through the reaction of, the dehalogenation reaction is configured to be carried out in the presence of at least one amine as a reaction accelerator.

이 방법에 따르면, 할로겐화 방향족 화합물을 전자 공여체인 환원금속 및 수소 공여체인 물, 알코올 등과 반응시켜 탈할로겐화시킴으로써 극한 독성을 제거할 수 있다. 다만, 철, 아연, 알루미늄, 마그네슘과 같이 반응성이 낮은 환원금속은 그 표면이 금속 할로게니드 및 라디칼 음이온을 경유하여 부착된 할로겐화 탄화수소를 포함한 억제층으로 덮혀 금속표면이 불활성되므로, 이를 방지하기 위해 반드시 아민과 같은 표면 활성화제를 추가로 첨가해야 하는 문제점이 있었다. According to this method, extreme toxicity can be eliminated by reacting a halogenated aromatic compound with a reducing metal which is an electron donor and water, an alcohol which is a hydrogen donor, and the like to dehalogenate. However, in order to prevent the metal surface is inactive because its surface is covered with an inhibitory layer containing halogenated hydrocarbons attached via metal halides and radical anions, such as iron, zinc, aluminum and magnesium. There was a problem that an additional surface activator such as amine must be added.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 탈할로겐화 반응을 위한 수소 공여 메카니즘을 새롭게 개선하고 이에 의해 폴리염화비페닐의 제거 효율을 크게 향상시킴으로써, 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질을 더욱 신속하게 정화시킬 수 있도록 해주는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In order to solve this problem, the present invention newly improves the hydrogen donating mechanism for the dehalogenation reaction and thereby greatly improves the removal efficiency of polychlorinated biphenyls, thereby purifying pollutants containing polychlorinated biphenyls more quickly. The goal is to provide a way to make it work.

또한, 본 발명은 상기한 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질을 정화하는 방법을 구현하는 최적의 장치를 제공하는데 또 따른 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide an optimal apparatus for implementing the above-described method for purifying contaminants containing polychlorinated biphenyls.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화방법은, 철이 사용된 전자 공여체와, 물, 알코올, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택된 수소 공여체와, 이 수소 공여체의 반응 메카니즘을 촉진시키기 위하여 상기 전자 공여체인 철의 함량 대비 0.1 ~ 20 중량% 투입되는 첨가제를 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질과 혼합하는 단계; 상기 전자 공여체, 수소 공여체 및 첨가제가 혼합된 오염물질을 100 ~ 600℃로 가열하여 폴리염화비페닐의 염소를 수소로 신속하게 치환시키는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method for purifying pollutants containing polychlorinated biphenyls according to the present invention includes an electron donor using iron, a hydrogen donor selected from water, alcohols, ethers, aliphatic hydrocarbons, and mixtures thereof; Mixing an additive, which is added in an amount of 0.1 to 20% by weight relative to the content of iron, which is the electron donor, with a pollutant containing polychlorinated biphenyls to promote the reaction mechanism of the hydrogen donor; And heating the contaminants mixed with the electron donor, the hydrogen donor, and the additive to 100 to 600 ° C. to rapidly replace chlorine of the polychlorinated biphenyl with hydrogen.

상기 첨가제로서 니켈, 알루미늄, 구리, 아연으로 이루어진 비금속(base metal) 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 금속을 사용할 수 있고, 금, 백금, 은, 로듐, 탄탈륨으로 이루어진 귀금속 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 금속을 사용할 수 있으며, 흑연이나 카본블랙과 같은 탄소물질을 사용할 수도 있다. As the additive, one or two or more metals selected from the base metal group consisting of nickel, aluminum, copper, and zinc may be used, and one or two or more metals selected from the precious metal group consisting of gold, platinum, silver, rhodium, and tantalum. May be used, and a carbon material such as graphite or carbon black may be used.

또한, 상기 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질이 토양인 경우에는 상기 혼합 단계는 그 이전에 폴리염화비페닐로 오염된 토양으로부터 자갈과 같이 굵은 입자를 선별해 내는 예비처리 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 치환 단계는 반응이 완료된 토양을 일정 시간 동안 침전시켜 정화된 토양만을 분리하여 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, when the contaminant containing polychlorinated biphenyl is soil, the mixing step may further include a pretreatment step of selecting coarse particles such as gravel from the soil previously contaminated with polychlorinated biphenyl. And, the step of replacing may further comprise the step of separating and discharging only the purified soil by precipitating the soil is complete the reaction for a certain time.

한편, 본 발명에 따른 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화장치는 철이 사용된 전자 공여체와, 물, 알코올, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택된 수소 공여체와, 이 수소 공여체의 반응 메카니즘을 촉진시키기 위하여 상기 전자 공여체인 철의 함량 대비 0.1 ~ 20 중량% 투입되는 첨가제를 혼합시킨 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질을 100 ~ 600℃의 온도로 가열하는 반응조(10)와, 외부로부터 유입되는 물을 상기 반응조(10)로부터 배출되는 처리수에 의해 예열하는 제1 열교환기(20)와, 이 제1 열교환기(20)로부터 유입되는 예열된 물을 고온의 스팀에 의해 가열하여 상기 반응조(10)로 유입시키는 제2 열교환기(30)로 구성된다.On the other hand, the apparatus for purifying pollutants containing polychlorinated biphenyls according to the present invention includes an electron donor using iron, a hydrogen donor selected from water, alcohols, ethers, aliphatic hydrocarbons, and mixtures thereof, and a reaction mechanism of the hydrogen donor. Reactor 10 for heating a contaminant containing polychlorinated biphenyl mixed with an additive that is added 0.1 to 20% by weight relative to the content of the electron donor iron to promote a temperature to a temperature of 100 ~ 600 ℃, from outside The first heat exchanger 20 for preheating the incoming water by the treated water discharged from the reaction tank 10 and the preheated water introduced from the first heat exchanger 20 are heated by high temperature steam. It consists of the 2nd heat exchanger 30 which flows into the reaction tank 10. As shown in FIG.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화방법 및 그 장치에 의하면, 수소 공여체의 반응 메카니즘을 촉진시키는 첨가제를 사용하여 폴리염화비페닐의 탈할로겐화 반응속도를 향상시킴으로써 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질을 단 시간 내에 정화 처리할 수 있다. 이에 따르면 오염물질의 신속한 재생이 가능해진다. 또한 폴리염화비페닐로 오염된 공장 부지와 토지의 경우에는 이를 신속히 복원하여 다양한 용도로 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 토양을 통한 폴리염화비페닐의 오염 확산을 미연에 방지할 수 있다. According to the method and apparatus for purifying contaminants containing polychlorinated biphenyls according to the present invention configured as described above, by using an additive which promotes the reaction mechanism of the hydrogen donor, the reaction rate of the dehalogenation of polychlorinated biphenyls is improved. Contaminants containing polychlorinated biphenyls can be purged in a short time. This allows for rapid recovery of pollutants. In addition, in the case of factory sites and land contaminated with polychlorinated biphenyls, it can be quickly restored and recycled for various purposes, and can prevent pollution spread of polychlorinated biphenyls through soil in advance.

본 발명의 기술구성에 대해 설명하기에 앞서 폴리염화비페닐의 탈할로겐화 반응에 대해 간단히 설명한다. 폴리염화비페닐(PCBs)은 다이옥신과 같은 할로겐화 방향족 화합물로서, 비페닐의 두 개의 벤젠고리를 형성하던 10개 수소원자 중 2∼10개가 염소 원자로 치환되어 있는데, 이 염소 원자에 의해 독성을 나타낸다. 따라서, 폴리염화비페닐을 탈할로겐화 반응을 통해 염소 원자를 제거하면 독성을 없앨 수 있다.Prior to describing the technical configuration of the present invention, the dehalogenation reaction of polychlorinated biphenyls will be briefly described. Polychlorinated biphenyls (PCBs) are halogenated aromatic compounds such as dioxins, and 2 to 10 of the 10 hydrogen atoms forming the two benzene rings of biphenyl are substituted with chlorine atoms, which are toxic by the chlorine atoms. Therefore, the removal of chlorine atoms through the dehalogenation reaction of polychlorinated biphenyls can eliminate the toxicity.

폴리염화비페닐의 탈할로겐화 반응은 철이 사용된 전자 공여체와 물, 알코올, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물 등으로 된 수소 공여체를 폴리염화비페닐에 혼합함으로써 이루어진다. 이러한 폴리염화비페닐의 탈할로겐화 반응을 영가철(zero valent iron)과 물을 이용하여 설명한다.The dehalogenation reaction of polychlorinated biphenyls is achieved by mixing polychlorinated biphenyls with an electron donor with iron and a hydrogen donor of water, alcohols, ethers, aliphatic hydrocarbons, mixtures thereof, and the like. The dehalogenation reaction of such polychlorinated biphenyls will be described using zero valent iron and water.

먼저, 영가철은 하기 (1)식과 같은 반응을 통해 전자를 공급하는 역할을 한다. First, Young's Iron serves to supply electrons through a reaction as shown in the following Formula (1).

Fe(s) -> Fe 2+ + 2e - (1) Fe (s) -> Fe 2+ + 2e - (1)

물은 하기 (2)식 및 (3)식과 같은 반응을 통해 최종적으로 염소와 치환될 수소 이온을 공급하는 역할을 한다.Water serves to supply hydrogen ions to be finally substituted with chlorine through a reaction such as the following formulas (2) and (3).

H 2 O -> 1/2 H 2 + OH - (2) H 2 O -> 1/2 H 2 + OH - (2)

H 2 -> H + + H + (3) H 2- > H + + H + (3)

폴리염화비페닐은 하기 (4)식과 같은 반응을 통해 영가철 및 물과 반응하여 탈할로겐화된다.The polychlorinated biphenyl is dehalogenated by reacting with ferrous iron and water through a reaction such as the following formula (4).

Fe(s) + R-nCl + nH + -> Fe 2n+ + R-nH + nCl - (4) Fe (s) + R-nCl + nH + -> Fe 2n + + R-nH + nCl - (4)

이와 같이, 금속류에 의한 전자 공여 반응[(1)식]과, 물 등에 의한 수소 공여 반응[(2)식 및 (3)식]과, 전자 및 수소 공여에 따른 폴리염화비페닐의 탈할로겐화 반응[(4)식]에 의해 최종적으로 폴리염화비페닐의 독성이 제거되는 것이다. Thus, electron donation reaction [formula (1)] by metals, hydrogen donation reaction [formula (2) and (3)] by water and the like, and dehalogenation reaction of polychlorinated biphenyls by electron and hydrogen donation Finally, the toxicity of the polychlorinated biphenyl is removed by the formula (4).

이 때, 폴리염화비페닐의 탈할로겐화 반응은 전자 공여체인 금속류의 표면에 불활성층이 생성되어 상기 전자 공여반응의 속도가 저하됨으로써 전체 반응의 율속단계로 작용할 수 있다. 종래에는 이를 방지하기 위하여 표면 활성화제로서 아민을 첨가하였다는 것은 이미 설명한 바와 같다. 이러한 전자 공여체인 금속의 표면 불활성 문제는 탈할로겐화 반응온도를 높임으로써 어느 정도 해결할 수 있다.At this time, the dehalogenation reaction of the polychlorinated biphenyl may act as a rate-limiting step of the entire reaction because an inert layer is formed on the surface of metals that are electron donors and the rate of the electron donating reaction is lowered. Conventionally, the amine was added as a surface activator to prevent this, as described above. The problem of surface inactivation of the metal which is an electron donor can be solved to some extent by increasing the dehalogenation reaction temperature.

본 발명자는 상기 수소 공여 반응 중 (3)식이 폴리염화비페닐의 탈할로겐화 반응의 또 다른 율속 단계가 될 수 있다는 점에 주목하였다. 즉, 일반적인 환경 하에서는 수소 기체(H2)가 수소 이온(H+)보다 더 안정하기 때문에 수소 이온의 생성율이 낮아지고, 그 결과 본 반응인 탈할로겐화 반응[(4)식]을 위해 공여되어야 할 수소 이온이 부족하여 탈할로겐화 반응 속도가 느려진다. The inventors noted that during the hydrogen donation reaction, the formula (3) may be another rate-limiting step of the dehalogenation reaction of polychlorinated biphenyls. That is, under normal circumstances, since hydrogen gas (H 2 ) is more stable than hydrogen ions (H + ), the production rate of hydrogen ions is lowered, and as a result, it is necessary to be donated for the dehalogenation reaction (Equation 4). The lack of hydrogen ions slows the dehalogenation reaction.

본 발명자는 수십 번의 실험 결과, 상기 수소 공여 반응[(3)식]을 촉진하는 일종의 촉매 역할을 하는 물질들을 발견하고, 이를 첨가함과 동시에 반응온도를 높임으로써 반응 중에 항상 폴리염화비페닐의 염소 당량비보다 더 많은 수소 이온이 공여되도록 하여 탈할로겐화 반응속도를 크게 향상시켰다. 이것이 본 발명의 가장 특징적인 기술구성을 이룬다. The present inventors have found a substance which acts as a kind of catalyst which promotes the hydrogen donation reaction [Formula 3] as a result of dozens of experiments, and chlorine of polychlorinated biphenyl is always added during the reaction by increasing the reaction temperature at the same time. More hydrogen ions were donated than equivalent ratios, thereby greatly improving the dehalogenation reaction rate. This constitutes the most characteristic technical configuration of the present invention.

상기한 바와 같이, 본 발명은 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질에 전자 공여체, 수소 공여체 및 첨가제를 혼합하고 반응온도를 높임으로써 탈할로겐화 반응이 신속하게 일어날 수 있도록 해주는 것인 바, 이하에서 본 발명에 따른 전자 공여체, 수소 공여체 및 첨가제에 대하여 상세히 설명한다.As described above, the present invention is to allow the dehalogenation reaction to occur quickly by mixing the electron donor, the hydrogen donor and the additive to the contaminant containing polychlorinated biphenyl and raising the reaction temperature. The electron donor, hydrogen donor and additive according to the invention are described in detail.

먼저, 상기 전자 공여체로서는 금속류 중에서 가장 경제적인 철(Fe)을 사용한다. 철은 영가철(Zero valent iron)을 사용할 수도 있고, 제철 공정의 부산물인 산화철을 사용할 수도 있다. 다만, 산화철은 산업 폐기물을 재활용한다는 점에서는 유용하나 영가철에 비해 전자 공여도가 낮기 때문에 신속한 탈할로겐화 반응을 위하여 영가철을 사용하는 것이 바람직하다. First, as the electron donor, iron (Fe), which is the most economical among metals, is used. Iron may use zero valent iron or iron oxide which is a by-product of the iron making process. However, iron oxide is useful in recycling industrial wastes, but it is preferable to use zero iron for rapid dehalogenation because it has a lower electron donating ratio than zero iron.

상기 수소 공여체로서는 물, 알코올, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나의 물질을 사용한다. 이 물질은 시중에서 쉽게 구할 수 있고 탈할로겐화 반응 중에 부반응을 일으키지 않는 것들이므로 어느 것을 사용하여도 무방하다. 그리고, 상기 수소 공여체는 폴리염화비페닐의 염소를 치환하는데 충분한 수소를 공급할 수 있도록 당량비 이상을 공급하는 것이 바람직하다.As the hydrogen donor, one substance selected from water, alcohols, ethers, aliphatic hydrocarbons and mixtures thereof is used. These materials are readily available on the market and do not cause side reactions during the dehalogenation reaction. In addition, the hydrogen donor preferably supplies an equivalent ratio or more so as to supply sufficient hydrogen to substitute chlorine of the polychlorinated biphenyl.

상기 수소 공여체의 반응 메카니즘을 촉진하는 첨가제로서는 대표적으로 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn)으로 이루어진 비금속(base metal) 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 금속을 사용한다.As an additive for promoting the reaction mechanism of the hydrogen donor, one or more metals selected from the group of base metals consisting of nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), and zinc (Zn) are typically used. .

이러한 첨가제는 수소 공여반응[(3)식]에서 수소 기체(H2)를 수소 이온(H+) 으로 분리하는데 촉매와 같은 역할을 함으로써 수소 이온의 생성량을 증가시킨다. 첨가제의 작용에 대한 정확한 메카니즘은 아직 규명되지 않았으나, 기존에 철과 같은 전자 공여체에 의해 이루어지던 수소 기체의 분리 작용을 촉진하는 것으로 추측된다. These additives increase the amount of hydrogen ions generated by acting as a catalyst in separating hydrogen gas (H 2 ) into hydrogen ions (H + ) in the hydrogen donation reaction (Formula 3). The exact mechanism for the action of the additive has not yet been elucidated, but it is speculated that it promotes the separation of hydrogen gas, which has previously been achieved by electron donors such as iron.

도 1은 전자 공여체로서 영가철을 사용하고 수소 공여체로서는 물을 사용하며, 첨가제로서는 니켈을 소량 혼합한 다음 탈할로겐화 반응을 실시한 결과를 나타낸 그래프로서, 본 발명에 따른 탈할로겐화 반응의 우수한 효과를 입증해준다. Figure 1 is a graph showing the results of the dehalogenation reaction after using a small iron as an electron donor, using a water as a hydrogen donor, a small amount of nickel as an additive, demonstrating the excellent effect of the dehalogenation reaction according to the present invention Do it.

보다 상세히 설명하면, 도 1은 영가철 9.5g, 니켈 0.0095g(영가철의 0.1 중량%), 물 150ml를 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질인 토양 300g에 혼합한 후 반응조에서 300℃로 가열한 다음 시간 경과에 따른 토양 내 폴리염화비페닐의 잔류량을 측정한 그래프이다. 이에 따르면, 초기 143mg/kg에 달하던 폴리염화비페닐이 60분이 채 경과되기 전에 토양 허용치인 12mg/kg(12ppm) 이하로 감소한 것을 알 수 있다. 이는 종래에 일주일 이상 소요되던 탈할로겐화 반응에 비해 획기적으로 반응시간이 단축된 것이다.In more detail, Figure 1 is mixed with 9.5g of ferrous iron, 0.0095g of nickel (0.1% by weight of iron), and 150ml of water to 300g of soil, a pollutant containing polychlorinated biphenyl, and then heated to 300 ℃ in the reaction tank Then, it is a graph measuring the residual amount of polychlorinated biphenyl in the soil over time. According to this, it can be seen that the polychlorinated biphenyl, which had reached the initial 143 mg / kg, decreased below the soil tolerance of 12 mg / kg (12 ppm) before 60 minutes had elapsed. This is drastically shortened the reaction time compared to the dehalogenation reaction that took more than a week conventionally.

표 1은 도 1과 동일한 실험 조건에서 실시한 탈할로겐화 반응의 실험 결과를 나타낸 것이다. Table 1 shows the experimental results of the dehalogenation reaction carried out under the same experimental conditions as in FIG.

토양의 PCBs 잔류농도 (mg/kg)PCBs residual concentration in soil (mg / kg) 물의 PCBs 잔류농도 (mg/L)PCBs Residual Concentration of Water (mg / L) 제거율Removal rate pHpH 처리 전Before treatment 143143 7.87.8 60분 경과 후After 60 minutes 8.38.3 0.0010.001 94.2%94.2% 7.57.5

표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 탈할로겐화 반응의 결과, 토양 내에 폴리염화비페닐의 잔류농도는 법정 토양 허용치인 12mg/kg(12ppm)보다 낮은 8.3mg/kg이었고, 반응 후 배출되는 물에 함유된 폴리염화비페닐의 잔류농도도 0.001mg/L로 극히 낮았다. 따라서 반응 후의 토양이나 물은 다른 처리공정이 없이도 바로 사용할 수 있다.As shown in Table 1, as a result of the dehalogenation reaction according to the present invention, the residual concentration of polychlorinated biphenyl in the soil was 8.3 mg / kg, lower than the legal soil tolerance of 12 mg / kg (12 ppm), and the water discharged after the reaction. The residual concentration of polychlorinated biphenyl contained in was extremely low at 0.001 mg / L. Therefore, the soil or water after the reaction can be used immediately without any treatment.

본 발명에 따르면, 탈할로겐화 반응에 있어서 폴리염화비페닐의 제거율(염소 치환율)은 반응온도와 관계가 있다. 즉, 반응온도가 높을수록 철의 전자 공여 반응[(1)식]의 산화속도도 높아져 폴리염화비페닐의 제거율도 향상된다. 표 2는 반응온도를 제외하고는 도 1과 동일한 실험 조건하에서 각 반응온도별로 60분간 반응시킨 다음 폴리염화비페닐의 제거율을 측정한 것이다. According to the present invention, the removal rate (chlorine substitution rate) of polychlorinated biphenyls in the dehalogenation reaction is related to the reaction temperature. That is, the higher the reaction temperature, the higher the oxidation rate of the electron donating reaction [formula (1)] of iron, and the higher the removal rate of polychlorinated biphenyl. Table 2 shows the removal rate of polychlorinated biphenyl after reacting for 60 minutes at each reaction temperature under the same experimental conditions as in FIG. 1 except for the reaction temperature.

온도(℃)Temperature (℃) 토양의 PCBs 잔류농도(mg/kg)PCBs residual concentration in soil (mg / kg) 제거율Removal rate 처리 전Before treatment 143.287143.287 5050 117.937117.937 17.7%17.7% 100100 28.64728.647 80.0%80.0% 200200 21.06321.063 85.3%85.3% 300300 8.3018.301 94.2%94.2% 500500 6.1006.100 95.7%95.7% 600600 4.5804.580 96.8%96.8%

상기 표 2에서 보듯이 본 발명의 탈할로겐화 반응에 따르면, 50℃에서는 폴리염화비페닐의 제거율이 매우 낮았으나, 물이 증기로 바뀌는 100℃ 이상일 때 80% 이상의 폴리염화비페닐 제거율을 나타낸다. 본 발명의 목적인 신속한 탈할로겐화 반응을 통한 생산성 향상을 달성하기 위해서는 반응시간 60분을 기준으로 80% 이상의 제거율을 나타내는 것이 바람직하다. 다만, 반응온도 100℃ 이상에서도 온도가 증가할수록 제거율이 계속 향상되기는 하나, 600℃ 이상에서는 제거율의 상승폭이 낮아지는 반면 통상의 스팀 가열방식으로 600℃ 이상으로 가열하는데 드는 비용은 크게 증가하므로 프로세스의 효율성이 낮아진다. 따라서, 반응온도는 100 ~ 600℃로 제어하는 것이 바람직하다. According to the dehalogenation reaction of the present invention, as shown in Table 2, the removal rate of polychlorinated biphenyl was very low at 50 ° C, but the removal rate of polychlorinated biphenyl is 80% or more when water is 100 ° C or more, which is changed to steam. In order to achieve the productivity improvement through the rapid dehalogenation reaction, which is the object of the present invention, it is preferable to exhibit a removal rate of 80% or more based on the reaction time of 60 minutes. However, even if the reaction temperature is higher than 100 ℃, the removal rate continues to improve as the temperature is increased, but if the removal rate is lowered above 600 ℃, the cost of heating to above 600 ℃ by the normal steam heating method increases significantly. The efficiency is lowered. Therefore, it is preferable to control reaction temperature to 100-600 degreeC.

본 발명에 따르면, 탈할로겐화 반응에 있어서 폴리염화비페닐의 제거율(염소 치환율)은 전자 공여체로 사용된 철에 대한 첨가제의 함량과도 관계가 있다. 즉, 첨가제의 함량이 높을수록 철에 의한 수소 기체의 분리 작용에 대한 기여도가 높아지므로 탈할로겐화 반응이 촉진된다. 표 3은 니켈의 함량을 제외하고는 도 1과 동일한 실험 조건하에서 니켈 함량별로 30분 동안 반응시킨 다음 폴리염화비페닐의 제거율을 측정한 것이다.According to the present invention, the removal rate (chlorine substitution rate) of polychlorinated biphenyls in the dehalogenation reaction is also related to the content of the additive for iron used as the electron donor. That is, the higher the content of the additive, the higher the contribution to the separation action of hydrogen gas by iron, so that the dehalogenation reaction is promoted. Table 3 shows the removal rate of polychlorinated biphenyl after reacting for 30 minutes for each nickel content under the same experimental conditions as in FIG. 1 except for the nickel content.

구분division 토양의 PCBs 잔류농도(mg/kg)PCBs residual concentration in soil (mg / kg) 제거율Removal rate 처리 전Before treatment 143.287143.287 Fe(Ni 0.1 질량%)Fe (Ni 0.1 mass%) 20.10220.102 86.0%86.0% Fe(Ni 5 질량%)Fe (Ni 5 mass%) 13.32013.320 90.7%90.7% Fe(Ni 20 질량%)Fe (Ni 20 mass%) 9.2169.216 93.6%93.6% Fe(Ni 25 질량%)Fe (Ni 25 mass%) 9.2109.210 93.6%93.6%

상기 표 3에서 보듯이 첨가제인 니켈의 함량이 영가철 함량을 기준으로 0.1 질량%만 혼합하여도 탈할로겐화 반응을 시작한지 30분만에 86%라는 높은 제거율을 나타내었다. 또한, 니켈의 함량이 증가할수록 제거율도 계속하여 증가하였으나, 20 및 25 질량%일 때에는 제거율이 93.6%로 포화되었다. 이러한 점에서 볼 때, 본 발명에서 전자 공여체인 철의 함량 대비 첨가제의 함량은 0.1 ~ 20 질량%로 제어하는 것이 바람직하다.As shown in Table 3, even if only 0.1 mass% of the nickel content as an additive was mixed, the removal rate of 86% was shown after 30 minutes of the dehalogenation reaction. In addition, the removal rate continued to increase as the content of nickel increased, but the removal rate was saturated to 93.6% at 20 and 25% by mass. In view of this, it is preferable to control the content of the additive to the content of the iron as the electron donor in the present invention to 0.1 to 20% by mass.

한편, 상기 니켈, 알루미늄, 구리, 아연으로 이루어진 비금속 이외에도, 탈할로겐화 반응을 위한 수소 공여를 촉진하는 첨가제로 사용할 수 있는 물질이 있다. 즉, 상기 첨가제는 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 귀금속(noble metal) 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 금속을 사용할 수도 있고, 흑연(Graphite)이나 카본블랙(Carbon black)등의 탄소물질을 사용할 수도 있다.On the other hand, in addition to the base metal consisting of nickel, aluminum, copper, zinc, there are materials that can be used as an additive to promote hydrogen donation for the dehalogenation reaction. That is, the additive may use one or more metals selected from the group of noble metals consisting of gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), rhodium (Rh), tantalum (Ta), and graphite Carbon materials such as Graphite or Carbon black can also be used.

하기 표 4는 첨가제의 종류를 제외하고는 도 1과 동일한 실험 조건하에서 첨가제로서 비금속 중에서 니켈, 귀금속 중에서 백금 그리고 탄소물질 중에서 흑연을 각각 영가철의 함량 대비 0.5 질량%로 혼합한 후 60분 동안 반응시킨 다음 폴리염화비페닐의 제거율을 측정한 것이다. Table 4 shows the reaction for 60 minutes after mixing the nickel in the base metal, the platinum in the precious metal and the graphite in the carbon material at 0.5 mass%, respectively, under the same experimental conditions as in FIG. 1 except for the type of the additive. Then, the removal rate of polychlorinated biphenyl was measured.

구분division 토양의 PCBs 잔류농도(mg/kg)PCBs residual concentration in soil (mg / kg) 제거율Removal rate 처리 전Before treatment 143.287143.287 Fe(Ni 0.5 질량%)Fe (Ni 0.5 mass%) 7.3707.370 94.9%94.9% Fe(Pt 0.5 질량%)Fe (Pt 0.5 mass%) 6.7356.735 95.3%95.3% Fe(Graphite 0.5 질량%)Fe (Graphite 0.5 mass%) 8.1018.101 94.3%94.3%

상기 표 4에서 보듯이 첨가제의 종류에 관계없이 높은 폴리염화비페닐의 제거율을 나타내었다. 따라서, 비금속 뿐만 아니라 귀금속, 탄소물질 등도 본 발명에 따른 첨가제로 사용가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, 귀금속이 근소한 차이이기는 하나 비금속보다 우수한 폴리염화비페닐 제거율을 나타낸다. 이는 귀금속이 반응성이 거의 없이 비금속보다 더욱 안정하므로, 촉매로서의 역할을 더욱 잘 수행할 수 있기 때문인 것으로 추측된다. 한편, 탄소물질은 금속이 아닌 관계로 상대적으로 가장 낮은 폴리염화비페닐 제거율을 나타내었다.As shown in Table 4, the removal rate of the high polychlorinated biphenyl was shown regardless of the type of the additive. Therefore, it can be seen that not only nonmetals, but also precious metals, carbon materials, and the like can be used as the additive according to the present invention. In addition, although the noble metal is a slight difference, the polychlorinated biphenyl removal rate is higher than that of the nonmetal. This is presumably because the noble metal is more stable than the base metal with little reactivity, and thus can perform a better role as a catalyst. On the other hand, since the carbon material is not a metal, it showed the lowest polychlorinated biphenyl removal rate.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 상기한 전자 공여체, 수소 공여체 및 첨가제를 사용한 본 발명에 따른 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화방법 및 그 장치에 대하여 상세히 설명한다. 상기 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 대표적인 예가 토양이므로, 이하에서는 폴리염화비페닐로 오염된 토양을 기준으로 그 정화방법 및 장치에 대해 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the method for purifying pollutants containing polychlorinated biphenyls and apparatus using the electron donor, hydrogen donor and additives according to the present invention. Since a representative example of the pollutant containing the polychlorinated biphenyl is soil, the following describes a method and apparatus for purification based on soil contaminated with polychlorinated biphenyl.

도 2는 본 발명에 따른 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질 중 토양에 대한 정화방법을 나타낸 공정 순서도이다. 본 발명의 정화방법은 기본적으로 철이 사용된 전자 공여체와, 물, 알코올, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택된 수소 공여체와, 이 수소 공여체의 반응 메카니즘을 촉진하는 첨가제를 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질인 토양에 혼합하는 단계(S20); 상기 전자 공여체, 수소 공여체 및 첨가제가 혼합된 토양을 100 ~ 600℃로 가열하여 폴리염화비페닐의 염소를 수소로 신속하게 치환시키는 단계(S30)로 구성된다.2 is a process flowchart showing a method for purifying soil among pollutants containing polychlorinated biphenyls according to the present invention. The purifying method of the present invention basically contains polychlorinated biphenyl as an electron donor in which iron is used, a hydrogen donor selected from water, alcohols, ethers, aliphatic hydrocarbons, and mixtures thereof, and an additive for promoting the reaction mechanism of the hydrogen donor. Mixing in the soil which is one pollutant (S20); It is composed of a step (S30) to rapidly replace the chlorine of the polychlorinated biphenyl with hydrogen by heating the soil mixed with the electron donor, hydrogen donor and additives to 100 ~ 600 ℃.

상기 혼합 단계(S20)는 철에 의한 전자 공여 반응[(1)식], 물, 알코올 등에 의한 수소 공여 반응[(2)식 및 (3)식] 및 탈할로겐화 반응[(4)]식]이 차례로 일어나도록 필요한 반응 물질을 혼합하는 단계이다. 이 혼합 단계는 반응조 내부에 설치된 교반장치에 의해 이루어지도록 구성할 수 있고, 반응조 외부에 설치된 별도의 혼합장치에 의해 실시한 다음 혼합된 토양을 반응조로 투입하도록 구성할 수도 있다.The mixing step (S20) is an electron donation reaction with iron [(1)], hydrogen donation reaction with water, alcohol, etc. [(2) and (3)] and dehalogenation reaction [(4)] This is the step of mixing the required reactants to take place in turn. This mixing step may be configured to be made by a stirring device installed inside the reaction tank, it may be configured to be carried out by a separate mixing device installed outside the reaction tank and then put the mixed soil into the reaction tank.

또한, 상기 혼합 단계(S20)는 탈할로겐화 반응의 효과를 높이기 위하여 그 이전에 폴리염화비페닐로 오염된 토양으로부터 자갈과 같이 굵은 입자를 선별해 내는 예비처리 단계(S10)를 더 포함할 수 있다. 이 예비처리 단계(S10)는 폴리염화비페닐은 흙(soil), 미사(Silt), 모래(Sand)와 같이 가는 입자로 된 토양에 주로 혼합되어 있기 때문에, 자갈과 같은 굵은 입자는 선별하여 간단한 세척 공정을 거친 다음 다른 용도로 사용한다. In addition, the mixing step (S20) may further include a pretreatment step (S10) for screening the coarse particles, such as gravel from the soil previously contaminated with polychlorinated biphenyls in order to increase the effect of the dehalogenation reaction. . In this pretreatment step (S10), polychlorinated biphenyl is mainly mixed with soil of fine particles such as soil, silt, and sand, so that coarse particles such as gravel are selected and After the cleaning process, it is used for other purposes.

상기 치환 단계(S30)는 탈할로겐화 반응을 촉진하기 위해 상기 S10 단계에서 혼합된 토양을 100 ~ 600℃로 가열하여 폴리염화비페닐의 염소를 수소로 신속하게 치환시킴으로써, 폴리염화비페닐의 독성을 제거한다. 반응온도를 높이면 철의 전자 공여 반응이나, 첨가제의 수소 기체 분리작용의 속도가 증가되어 폴리염화비페닐의 제거율이 향상된다는 점은 상기 표 2를 참조로 상기한 바와 같다.The substitution step (S30) by heating the soil mixed in the step S10 to 100 ~ 600 ℃ to promote the dehalogenation reaction to quickly replace the chlorine of the polychlorinated biphenyls with hydrogen, thereby reducing the toxicity of the polychlorinated biphenyls Remove Increasing the reaction temperature increases the rate of the electron donating reaction of iron or the hydrogen gas separation action of the additive to improve the removal rate of the polychlorinated biphenyl as described above with reference to Table 2.

또한, 상기 치환 단계(S30)는 반응이 완료된 토양을 일정 시간 동안 침전시켜 정화된 토양만을 분리하여 배출하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다. 이 분리 배출 단계(S40)는 물과 같은 수소 공여체가 항상 폴리염화비페닐의 염소의 당량비보다 훨씬 많은 양이 첨가된다는 점을 고려해 상기 S30 단계의 완료 후에 일정 시간 침전시킴으로써 수소 공여체와 정화된 토양을 분리한다. 정화된 토양은 별도의 처리 없이 개질 작업 등에 그대로 사용할 수 있다. In addition, the substitution step (S30) may further include the step (S40) of separating and discharging only the purified soil by precipitating the soil is completed for a certain time. This separate discharge step (S40) is performed by precipitating the hydrogen donor and the purified soil for a predetermined time after completion of the step S30 in consideration of the fact that a hydrogen donor such as water is always added in a much larger amount than the equivalent ratio of chlorine of polychlorinated biphenyls. Separate. The purified soil can be used as it is for reforming work without any additional treatment.

도 3은 본 발명에 따른 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화장치의 가열 방식을 나타낸다. 본 발명의 정화장치는 전자 공여체, 수소 공여체, 첨가제 및 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질이 투입되어 탈할로겐화 반응이 일어나는 반응조(10)가 가장 핵심적인 구성요소이다. Figure 3 shows the heating method of the apparatus for purifying pollutants containing polychlorinated biphenyls according to the present invention. In the purifying apparatus of the present invention, the reactor 10 in which the contaminant containing the electron donor, the hydrogen donor, the additive, and the polychlorinated biphenyl is introduced is the most essential component.

상기 반응조(10)는 200 ~ 600℃의 높은 반응온도로 가열되는데, 본 발명에서는 2개의 열교환기(20,30)를 이용한 간접 가열 방식을 적용함으로써 에너지 비용을 크게 절감하였다. 이러한 간접 가열 방식을 보다 상세히 설명하면, 철이 사용된 전자 공여체와, 물, 알코올, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택된 수소 공여체와, 이 수소 공여체의 반응 메카니즘을 촉진하는 첨가제를 혼합시킨 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질인 토양을 100 ~ 600℃의 온도로 가열하는 반응조(10)와, 외부로부터 유입되는 물을 상기 반응조(10)로부터 배출되는 처리수에 의해 예열하는 제1 열교환기(20)와, 이 제1 열교환기(20)로부터 유입되는 예열된 물을 고온의 스팀에 의해 가열하여 상기 반응조(10)로 유입시키는 제2 열교환기(30)로 구성된다.The reactor 10 is heated to a high reaction temperature of 200 ~ 600 ℃, in the present invention by applying an indirect heating method using the two heat exchangers (20,30) significantly reduced the energy cost. In more detail, this indirect heating method is a polychlorinated mixture of an electron donor in which iron is used, a hydrogen donor selected from water, alcohols, ethers, aliphatic hydrocarbons, and mixtures thereof, and additives for promoting the reaction mechanism of the hydrogen donor. A first heat exchanger for preheating the soil, which is a pollutant containing biphenyl, to a temperature of 100 to 600 ° C., and preheating the water flowing from the outside by the treated water discharged from the reaction tank 10 ( 20) and a second heat exchanger 30 which heats the preheated water flowing from the first heat exchanger 20 with high temperature steam and flows it into the reactor 10.

상기 간접 가열 방식을 반응조(10)를 300℃로 가열하는 경우를 예를 들어 설명한다. 먼저, 제1 열교환기(20)에서는 외부로부터 공급되는 25℃인 물(A)과 상기 반응조(10)를 가열하고 배출되는 300℃의 고온 처리수(D)가 유입되어 상호 열교환이 이루어진다. 그 결과, 상기 25℃의 물(A)은 200℃로 예열된 물(B, 수증기 형태)로 배출되고, 상기 고온 처리수(D)는 95℃의 배출수(E)로 최종 배출된다. The case where the reaction tank 10 is heated to 300 degreeC by the said indirect heating system is demonstrated to an example. First, in the first heat exchanger 20, water (A) having a temperature of 25 ° C. supplied from the outside and high temperature treated water (D) having a temperature of 300 ° C. heated and discharged from the reactor 10 are introduced to exchange heat. As a result, the water (A) at 25 ° C is discharged as water (B, steam form) preheated to 200 ° C, and the high temperature treated water (D) is finally discharged to the discharged water (E) at 95 ° C.

제2 열교환기(30)에서는 상기 200℃로 예열된 물(B)과 외부의 스팀장치로부터 공급되는 350℃의 스팀(F)이 유입되어 상호 열교환이 이루어진다. 그 결과, 상기 200℃로 예열된 물(B)은 300℃로 가열되어 반응조(10)로 유입되어 이를 가열하고, 상기 350℃의 스팀(F)은 300℃의 스팀(G)으로 배출된다. 배출된 스팀(G)은 다시 스팀장치로 공급되어 재순환된다. In the second heat exchanger 30, water B preheated to 200 ° C. and steam F 350 ° C. supplied from an external steam device are introduced to exchange heat. As a result, the water B preheated to 200 ° C. is heated to 300 ° C. and introduced into the reaction tank 10 to heat it, and the 350 ° C. steam F is discharged to 300 ° C. steam G. The discharged steam G is supplied to the steam apparatus again and recycled.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화장치에 의하면, 반응조(10)에 배출되는 처리수의 폐열을 효과적으로 이용하여 에너지 비용을 크게 감소시킬 수 있다.According to the apparatus for purifying pollutants containing polychlorinated biphenyls according to the present invention configured as described above, energy costs can be greatly reduced by effectively utilizing the waste heat of the treated water discharged to the reaction tank 10.

지금까지 설명한 내용은 본 발명의 일 실시예에 해당되는 것이므로, 이에 의해 본 발명의 기술적 사상이 제한되지 아니함은 물론이다. 더욱이, 본 발명의 상세한 설명에서는 주로 폴리염화비페닐로 오염된 토양을 대상으로 이를 정화하는 방법에 대하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 아니하고 토양 이외에 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질인 폐오일, 유압오일, 변압기 오일, 냉각기 오일, 필터 더스트, 재, 산업 잔류물, 산업 부산물 및 산업 폐기물의 정화에도 적용할 수 있다 할 것이다. Since the content described so far corresponds to an embodiment of the present invention, the technical idea of the present invention is not limited thereto. Further, the detailed description of the present invention describes a method for purifying the soil mainly contaminated with polychlorinated biphenyls, but is not limited thereto. Waste oil and hydraulic fluids containing polychlorinated biphenyls in addition to the soil are not limited thereto. It can also be applied to the purification of oils, transformer oils, chiller oils, filter dusts, ash, industrial residues, industrial by-products and industrial wastes.

도 1은 본 발명에 따른 정화방법의 실험 결과를 나타낸 그래프.1 is a graph showing the experimental results of the purification method according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 정화방법의 공정 순서도.2 is a process flow chart of the purification method according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 정화장치를 나타낸 도면.3 is a view showing a purification device according to the present invention.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of code for main part of drawing ※

10: 반응조 20: 제1 열교환기10: reactor 20: first heat exchanger

30: 제2 열교환기30: second heat exchanger

Claims (8)

철이 사용된 전자 공여체와, 물, 알코올, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택된 수소 공여체와, 이 수소 공여체의 반응 메카니즘을 촉진시키기 위하여 상기 전자 공여체인 철의 함량 대비 0.1 ~ 20 중량% 투입되는 첨가제를 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질과 혼합하는 단계;0.1 to 20% by weight of the electron donor using iron, a hydrogen donor selected from water, an alcohol, an ether, an aliphatic hydrocarbon, and a mixture thereof, and iron, the electron donor, in order to promote the reaction mechanism of the hydrogen donor Mixing the additive with a contaminant containing polychlorinated biphenyls; 상기 전자 공여체, 수소 공여체 및 첨가제가 혼합된 오염물질을 100 ~ 600℃로 가열하여 폴리염화비페닐의 염소를 수소로 신속하게 치환시키는 단계를 포함하는 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화방법.Method of purifying pollutants containing polychlorinated biphenyl comprising the step of rapidly replacing the chlorine of the polychlorinated biphenyl with hydrogen by heating the contaminant mixed with the electron donor, the hydrogen donor and the additive to 100 ~ 600 ℃ . 청구항 1에 있어서, 상기 첨가제는 니켈, 알루미늄, 구리, 아연으로 이루어진 비금속(base metal) 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 금속인 것을 특징으로 하는 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화방법.The method of claim 1, wherein the additive is one or two or more metals selected from the group of base metals consisting of nickel, aluminum, copper, and zinc. 청구항 1에 있어서, 상기 첨가제는 금, 백금, 은, 로듐, 탄탈륨으로 이루어진 귀금속 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 금속인 것을 특징으로 하는 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화방법.The method of claim 1, wherein the additive is one or two or more metals selected from the group of noble metals consisting of gold, platinum, silver, rhodium, and tantalum. 청구항 1에 있어서, 상기 첨가제는 흑연이나 카본블랙으로 된 탄소물질 중에서 선택된 하나 또는 둘인 것을 특징으로 하는 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화방법.The method of claim 1, wherein the additive is one or two selected from carbon materials of graphite or carbon black. 삭제delete 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합 단계는 상기 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질이 토양인 경우에는 상기 혼합 단계 이전에 폴리염화비페닐로 오염된 토양으로부터 자갈과 같이 굵은 입자를 선별해 내는 예비처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화방법.The coarse particle according to any one of claims 1 to 4, wherein the mixing step is coarse particles such as gravel from soil contaminated with polychlorinated biphenyl before the mixing step, when the pollutant containing polychlorinated biphenyl is soil. A method for purifying pollutants containing polychlorinated biphenyls, further comprising a pretreatment step of sorting out. 청구항 6에 있어서, 상기 치환 단계는 상기 반응이 완료된 토양을 일정 시간 동안 침전시켜 정화된 토양만을 분리하여 배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화방법.The method of claim 6, wherein the replacing step further comprises the step of precipitating the soil is completed for a predetermined time to separate the purified soil and to discharge the pollutants containing polychlorinated biphenyls. 철이 사용된 전자 공여체와, 물, 알코올, 에테르, 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택된 수소 공여체와, 이 수소 공여체의 반응 메카니즘을 촉진시키기 위하여 상기 전자 공여체인 철의 함량 대비 0.1 ~ 20 중량% 투입되는 첨가제를 혼합시킨 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질을 100 ~ 600℃의 온도로 가열하는 반응조(10)와, 외부로부터 유입되는 물을 상기 반응조(10)로부터 배출되는 처리수에 의해 예열하는 제1 열교환기(20)와, 이 제1 열교환기(20)로부터 유입되는 예열된 물을 고온의 스팀에 의해 가열하여 상기 반응조(10)로 유입시키는 제2 열교환기(30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리염화비페닐을 함유한 오염물질의 정화장치.0.1 to 20% by weight of the electron donor used with iron, hydrogen donor selected from water, alcohol, ether, aliphatic hydrocarbon, and mixtures thereof, and iron, the electron donor, to promote the reaction mechanism of the hydrogen donor A preheating agent 10 for heating contaminants containing polychlorinated biphenyl mixed with an additive to a temperature of 100 to 600 ° C., and pre-heated water introduced from the reaction tank 10 by treatment water discharged from the reaction tank 10. The first heat exchanger 20 and the second heat exchanger (30) for heating the preheated water flowing from the first heat exchanger 20 by the high temperature steam to enter the reactor 10, characterized in that Purifying apparatus for pollutants containing polychlorinated biphenyl.
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