KR100952151B1 - 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법 - Google Patents

다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사격장에서 발생되는 오염물질 즉, 중금속류 제거를 위한 시스템으로, 사격장 부근의 경사를 이용하여 반응벽체로 유도한 후 중금속류 성상에 따라 반응벽체에매질을 충진하여 기준치 이내로 처리하기 위한 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반사격장, 군부대 사격장 등 화약류의 사용이 높아, 화약류 RDX와 중금속 Cu 및 Cd 등에 의해 오염되어 있는 사격장의 토양 오염물질을 반응벽체의 매질을 이용하여 더욱 효율적으로 화약류 및 중금속 성분을 처리함으로써 사격장 주변 토양, 지하수, 강 또는 하천의 오염을 예방할 수 있는 사격장 오염물질을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.
사격장, 오염, 투수성, 반응벽체, 탄약, 중금속, 영가철, 제강슬래그

Description

다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법{MK-RF SYSTEM}
본 발명은 일반 매립지 등에 비해 화약류 RDX와 중금속 Cu 및 Cd 등이 다량 포함되어 있는 사격장 오염토양의 침출수를 인 용출 미생물을 포함하는 반응벽체를 이용하여 효율적으로 처리할 수 있는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기성 오염물질은 토양미생물에 의해 분해되거나 식물에 의한 흡수, 강우 등에 의한 용탈, 화학적인 산화 등으로 일정기간이 경과된 후에 토양 중에서 없어진다. 그러나 중금속과 같은 난분해성 물질은 자연적으로 제거되지 않을 뿐만 아니라 토양 속에 잠재해 있다가 식물이나 지하수를 통해 인체와 동식물에 유입되어 인체 내에서 독성을 나타낼 수 있다.
상기 중금속 성분이 많이 검출되는 장소 중의 하나가 사격장이며, 상기 사격장으로부터 발생하는 침출수에는 일반적인 쓰레기 등의 매립지 침출수와 달리 화약 류 RDX 및 Cu, Cd 등의 중금속 성분이 다량 포함되어 있어 그 처리가 용이하지 않다는 문제가 있다.
일반적으로 사격장 주변 토양의 화약류 및 중금속 성분은 초기 우수와 함께 지하로 스며들거나, 주변의 강 또는 하천으로 유입될 가능성이 높고, 특히 상기 오염물질 중 화학류 RDX는 발암물질로서 소량만 유출되더라도 식수원 전체를 오염시킬 수 있을 정도로 그 허용 농도가 매우 낮은 물질로서 심층토양 및 지하수를 오염시킬 경우의 심각성은 매우 크다. 그리고 상기 중금속은 화약성분에 비해 상대적으로 그 오염도가 낮으나, 이따이이따이 병의 원인이 되는 카드뮴의 중금속 농도가 높아 역시 별도의 주의 및 관리가 필요한 실정이다.
상기 화약물질의 처리에 관련된 기술로서, 대한민국 등록특허 10-0476113(공고일자 2005.03.10)호의 '어저귀 또는 자귀풀에 의한 화약물질 오염토양의 식물상 복원방법'에서 국내산 토착 야초류인 어저귀와 자귀풀을 이용하여 화약물질로 오염된 물 또는 토양을 정화하기 기술을 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허 10-0694881(공고일자 2007.03.14)호의 '화약류 분해능을 갖는 새로운 미생물 균주 및 이를 이용한 화약류 오염 토양 처리방법'에서 화약류 분해능을 갖는 새로운 미생물 균주 및 이를 이용한 화약류 오염 토양 처리방법에 대한 기술을 개시하고 있다.
그러나, 상기 개시된 등록특허들은 모두 화학 성분에 의해 오염되어 있는 토양을 복원하기 위해, 식물 또는 미생물 균주를 이용하는 기술로서, 식물 및 미생물 균주를 사용하는 경우 온도 등의 주변 환경에 의한 영향을 많이 받으며, 또한 사격장 주변의 토양에서 침출되어 나오는 물을 효율저으로 정화하기에는 부적합한 기술로서, 보다 효율적으로 처리하기 위하여, 침출수를 차단하여 처리하는 기술이 요구된다.
상기 사격장 및 그 주변 토양으로부터 발생하는 침출수를 차단하기 위한 기술로서, 본 출원인은 출원인의 등록특허 10-0750585(공고일자 2008.08.13)호의 '다기능 투수성 반응벽체를 이용한 매립지 및 폐광산 침출수 처리방법'을 적용하여 보았으나, 일부 중금속 및 화약류 성분의 처리가 부족하였으며, 이에 본 출원인은 이와 같은 중금속 처리가 미흡한 등록특허 10-0750585(공고일자 2008.08.13)호를 개선하기 위해 본 발명의 완성에 이르게 되었다.
본 발명 본 출원인의 등록특허 10-0750585호의 사격장 오염토양의 침출수에 함유되어 있는 화약류 성분의 처리 기능이 떨어짐에 따라, 이를 보완하기 위해 화약류 및 중금속 성분을 다량 함유하고 있는 사격장 오염토양의 침출수를 효율적으로 처리할 수 있도록 반응벽체를 구성하고, 이를 이용한 사격장 오염물질 제거방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해,
본 발명은 사격장 오염토양의 하부에, 바닥을 지지하고 침출수의 흐름을 유도하는 바닥차수층과, 그 바닥차수층의 측면 둘레로 설치되어 침출수가 일정한 방향으로 흐를 수 있도록 유도하는 연직차수벽과, 상기 바닥차수층과 연직차수벽에 의해 유도된 침출수를 집수하는 집수정과, 그 집수된 침출수를 처리하는 반응벽체로 이루어진 정화장치를 설치하여 침출수를 처리하는 것으로,
사격장 오염토양으로부터 발생하는 화약류 RDX, Cu, Cd의 중금속이 다량 포함되어 있는 침출수를 집수정으로 집수하는 단계와,
상기 집수된 침출수를, 영가철과 제강슬래그의 혼합물질을 부직포에 충진 후 밀봉하여 이루어진 반응벽체 전단부를 통과시켜 침출수 내의 질산염이 영가철 입자와의 반응에 의해 각각 환원되어 질소가스로 변환되어 탈기되고, 인산염은 침출수 중의 칼슘과 결합하여 하이드록시아파타이드를 형성하여 침전제거하는 단계와,
상기 반응벽체 전단부를 통해 처리된 침출수를, 폐타이어 박편이 충진되어 있는 반응벽체 후단부로 통과시켜 미생물처리된 폐타이어 박편의 표면에 형성된 생물막과의 반응에 의해 중금속을 흡착하는 단계를 거쳐 사격장 오염물질 제거하는 것으로,
상기 폐타이어는 미분말 활성탄으로 코팅처리하여 처리한 구형의 비표면적(Specific surface area, ㎡/㎥) 1,500, 밀도(g/㎤) 1.06 ~ 1.03, 입자의 크기 5 ~ 10㎜인 것으로서, 그 표면에 100 ~ 200㎛의 유기성 분자 막이 형성되고, 그 막 에 슈도모나스(Pseudomonas), 아조피릴륨(Azospirillum), 버홀더리아(Burkholderia), 바실러스(bacillus), 엔터로박터(Entrobacter), 리조비움(Rhizobium), 어위니아(Erwinia), 세라치아(Serratia), 알칼리지너스(Alcaligenes), 아스로박터(Arthrobacter), 플로버박테늄(Flavobacterium) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 미생물이 결합된 것임을 특징으로 하는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법을 주요 기술적 구성으로 한다.
이하, 상기의 기술적 구성에 대해 더욱 상세히 살펴보고자 한다.
본 발명에 따른 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법은 사격장 오염토양의 하부에, 바닥을 지지하고 침출수의 흐름을 유도하는 바닥차수층과, 그 바닥차수층의 측면 둘레로 설치되어 침출수가 일정한 방향으로 흐를 수 있도록 유도하는 연직차수벽과, 상기 바닥차수층과 연직차수벽에 의해 유도된 침출수를 집수하는 집수정과, 그 집수된 침출수를 처리하는 반응벽체로 이루어진다.
상기 반응벽체는 벽체 내에 존재하는 작은 공극을 통하여 침출수 및 지하수가 흘러나가는 투수성을 갖는 것으로, 2단 구성으로서 전단부와 후단부로 구분된 일체형의 벽체이다.
상기 반응벽체의 전단부의 영가 철은 물이 존재하는 상태에서 오염물질에 전자를 제공하는 환원제의 역할을 하게 되며, 혐기성 상태에서 영가 철은 산화되어 물에서 수소가스(H2)와 OH-을 생성시키고, 이 과정에서 pH상승을 가져온다.
Fe0 → Fe2 + + 2e- ----------------------------------------- (1.1)
Fe0 + H2O → Fe2 + + H2 + OH- -------------------------------- (1.2)
2Fe2 + + 2H+ → 2Fe3 + + H2 ---------------------------------- (1.3)
Fe2 + + 2OH- → Fe(OH)2(S) ----------------------------------- (1.4)
산화된 Fe2+은 OH-과 결합하여 고체 상태로 침전될 수 있지만 pH 5 ~ 6에서 Fe(OH)2는 용해성이 비교적 높다. Fe(OH)2도 결국 Fe(OH)3로 산화되어 용해성이 매우 낮은 Fe(OH)3이 침전하게 된다.
그리고 중금속 반응으로서, OH-의 생성으로 pH가 상승할 때 중금속은 OH-와 결합하여 침전하게 된다. 이때 중금속 양이온들은 음극의 전자와 결합하여 철 박편의 표면에 결합하는데, 이를 전기적 흡착으로 보는 경우가 있다.
Men + + nOH- → Me(OH)n ------------------------------------ (2.1)
2Men+ 2e- → Me2 ----------------------------------------- (2.2)
상기 영가 철(Fe0)은 폐 영가 철 표면의 불순물을 제거시키고 표면 활성도를 높힌 산 처리된 영가 철(A.D)로서, 전 처리된 영가 철은 2.00 ~ 10.00mm의 크기로 체 거름 후 질소를 이용하여 산소와의 접촉을 차단한 것이다.
그리고 전단부 반응벽체의 제강슬래그는 비중 3.2 ~ 3.6의 알칼리도가 높은 것으로서, 여러 차례 수돗물로 세척하여 pH 10이 되도록 조절한 후 입자크기 1.18 ~ 2.00mm가 되도록 체거름 하여 입자크기가 균등하도록 한 것이다. 그리고 상기 제강슬래그의 주요 성분 조성은 SiO2 10.9%, CaO 42.9%, Al2O3 1.5%, MgO 7.2%, FeO 20.7%, S 0.09%, MnO 5.2%, TiO2 1.4%이다.
상기 전단부 반응벽체는 질산염을 가진 영가 철 입자와의 반응에 의해 각각 환원되어 질소가스로 변환되어 탈기되고, 인산염은 침출수 중의 칼슘과 결합하여 하이드록시아파타이드를 형성하여 침전시켜 처리하며, 또한 침출수 중에 포함되어 있는 다이옥신 분해기능을 갖는다. 또한 철 입자에 의한 중금속의 제거는 중금속의 침전(precipitation)과 흡착(adsorption)의 과정에 의하여 이루어지는 것으로, 침출수 내에 존재하고 있는 많은 중금속은 이온형태로 존재하며, pH에 따라 그 존재형태가 매우 다양하게 변화한다.
그리고 침출수가 철 입자와 반응할 경우 수소 이온의 소모에 의하여 pH가 상승하고, pH가 상승함에 따라 침출수 내 이온형태로 존재하던 중금속들은 OH기와 결합하여 비결정질(amorphous)의 침전물을 형성하여 철 입자 표면에 흡착되어 침출수 내에서 제거된다.
침출수 내의 질산염(NO3 -)은 철 입자와의 반응에 의하여 각각 환원되어 질소가스(N2)로 변환되어 탈기되고, 인산염(PO4 3-)은 침출수 중의 칼슘(Ca) 또는 다른 중금속과 결합하여 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, Ca10(PO4)6(OH))를 형성하여 침전 제거된다. 오염된 침출수 내에 존재하는 니켈, 아연과 같은 중금속은 철 입자의 반응만으로는 제거하기 어려운 문제점이 발생하므로 철 입자 제강슬래그를 함께 사용한다.
그리고 상기 제강슬래그는 매우 높은 pH를 가지고 있어, 다양하고 많은 중금속을 침전시켜 흡착 제거할 수 있으며, 특히, 제강슬래그에서 제공되는 칼슘은 오염된 침출수 내에 다량 함유된 인산염을 더욱 빠르게 제거한다.
상기의 전단부 반응벽체를 거친 침출수는 후단부 반응벽체를 거쳐 최종적으로 외부로 배출되게 되는 것으로, 그 후단부 반응벽체는 미생물처리된 폐타이어 박편의 표면에 형성된 생물막과의 반응에 의해 오염물질을 무기화하여 제거하게 된다.
상기 폐타이어는 미분말 활성탄으로 코팅처리된 구형으로서, 비표면적(Specific surface area, ㎡/㎥) 1,500, 밀도(g/㎤) 1.06 ~ 1.03, 입자의 크기 5 ~ 10㎜인 것으로서, 그 표면에 100 ~ 200㎛의 유기성 분자 막이 형성되고, 그 막에 슈도모나스(Pseudomonas), 아조피릴륨(Azospirillum), 버홀더리아(Burkholderia), 바실러스(bacillus), 엔터로박터(Entrobacter), 리조비움(Rhizobium), 어위니아(Erwinia), 세라치아(Serratia), 알칼리지너스(Alcaligenes), 아스로박터(Arthrobacter), 플로버박테늄(Flavobacterium) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 미생물이 결합하여 침출수가 처리된다.
상기 생물막은 유입 부하량이 증가할수록 세포함성에 의해 생성된 미생물에 의해 점점 그 두께가 두꺼워지게 되며, 생물막의 두께가 일정한계(2 ~ 3mm) 이상이 되면 산소가 더 이상 생물막 내부까지 전달되지 못하게 되어 혐기성 상태가 되고, 이때 미생물의 분해가 일어나게 되며, 생물막의 탈리 현상이 발생되어 생물막의 유기물 제거 기능이 떨어지게 된다.
상기 활성탄 담체 이용공정은 활성탄이 생물막을 형성하는 큰 표면적을 제공함으로써, 높은 미생물 농도의 유지가 가능하여 고부하 처리가 가능하고 부하변동에 강한 장점이 있다.
상기 슈도모나스(Pseudomonas)는 그람음성균으로 토양, 담수, 바닷물 속에 널리 분포하며, 호기성이지만 탈질소 작용이나 질산 호흡을 하는 것은 무산소 적으로도 생육한다. 지방족 탄화수소, 페놀류, 테르펜, 스테로이드 등 광범위한 유기물 을 분해 이용할 수 있다. 녹농균(P. aeruginosa), 형광균(P. fluorescens)이 여기에 속한다.
상기 아조피릴륨(Azospirillum)속은 여러가지 비콩과식물 특히, 벼과식물의 근권에서 협생적으로 서식하면서 종속영양적으로 미호기적 상태에서 질소고정을 할 수 있는 그램음성균으로서 토양에 화합태질소가 결핍되었을 각종 유기물을 탄소원으로 하여 공중질소를 고정한다.
상기 생물막의 형성은 매우 복잡한 단계를 거치는데 먼저 유기성 분자가 접촉재 표면에 흡착되어 막을 만들고, 그 표면에 미생물이 부착하게 된다. 부착된 미생물은 주로 다당류로 구성된 세포 외 고분자 물질을 분비하게 되어 단단하게 결합하게 된다. 생물막의 두께는 미생물과 환경조건에 따라 결정되는데 보통 100 ~ 200㎛ 정도의 막이 형성된다. 그러나 조류 또는 고등생물이 자랄 경우 수 cm이상 되는 경우도 있다.
중금속에 대한 생물흡착(biosorption)과정은 음이온으로 하전된 미생물의 전기화학적인 표면 특성에 기인한다. 즉 미생물의 세포벽에는 다양한 화학적 반응기가 포함되어 있으며, 주로 카르복실기(COO-), 인산기(PO4 3-), 수산기(OH-) 등이 이에 속한다. 이러한 반응기들에 의해 미생물의 세포벽 표면은 음전하를 띠게 되고, 결과적으로 다양한 용존 양이온(Cd2+, Cu 2+, Ni2+, Pb2+, Zn2+)를 효과적으로 흡착한다.
생물흡착의 효율은 미생물의 종류 및 중금속의 종류에 따라 다르며, 특히 효모(yeast), 세균(bacteria), 곰팡이(fungi) 및(alage)와 같은 미생물이 다른 물질보다 중금속을 잘 축적할 수 있다.
사격장 주변 토양은 상당량의 중금속이 검출되는 경우가 대부분이며, 특히 카드뮴, 아연, 구리 및 납과 같은 중금속이 많이 검출된다. 이와 같이 사격장 주변 토양에 포함되어 있는 중금속은 우천시 지하수 등으로 스며들어 지하수 오염을 일으키거나, 강이나 하천으로 유입되어 오염을 일으키게 되는 경우에는 심각한 부작용을 일으킬 수 있다.
국내 토양환경보전법상의 토양오염 우려 및 대책기준은 아래의 표 1과 같다. 그러나 화약류에 대한 환경기준이 설정되어 있지 않은 실정이다.
표 1. 토양오염 우려 및 대책기준 (단위: mg /㎏)
물질 임야/하천/공원/체육용지 등 공장/철도/철도용지 등
우려기준 대책기준 우려기준 대책기준
카드뮴(Cd) 1.5 4 12 30
구리(Cu) 50 125 200 500
비소(As) 6 15 20 50
수은(Hg) 4 10 16 40
납(Pb) 100 300 400 1000
6가크롬(Cr+6) 4 10 12 30
아연(Zn) 300 700 800 2,000
니켈(Ni) 40 100 160 400
불소(F) 400 800 800 2,000
유기인 화합물 10 - 30 -
폴리클로리네이티드비페닐 - - 12 30
시안(CN) 2 5 120 300
페놀(Phenol) 4 10 20 50
유류(동·식물성 제외) - 벤젠·톨루엔·에틸렌·크실렌(BTEX) - 석유계 총탄화수소(TPH) - - - - 80 2,000 200 5,000
이와 같은 중금속 및 사격장 및 그 주변토양에서 발생하는 침출수 내에 포함되어 있는 화약류를 처리하기 위해, 상기한 바와 같이, 본 발명에서는 슈도모나스(Pseudomonas), 아조피릴륨(Azospirillum), 버홀더리아(Burkholderia), 바실러스(bacillus), 엔터로박터(Entrobacter), 리조비움(Rhizobium), 어위니아(Erwinia), 세라치아(Serratia), 알칼리지너스(Alcaligenes), 아스로박터(Arthrobacter), 플로버박테늄(Flavobacterium) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합인 것을 폐타이어 박편에 부착시켜 반응벽체의 후단부를 형성하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법은 본 출원인의 등록특허 10-0750585호의 화약류 및 일부 중금속 성분의 처리기능이 떨어지는 것을 보완함으로써, 사격장에서 발생하는 처리가 어려운 중금속 성분을 효율적으로 처리함으로써, 사격장 등의 중금속이 많이 검출되는 지역에 설치함으로써, 사격장 및 그 주변 토양으로부터 발생하는 침출수 속에 포함되어 있는 화약류 RDX와 중금속 Cu 및 Cd 등을 효율적으로 처리할 수 있는 효과를 갖는다.
이상의 기술적 구성에 대해 보다 구체적으로 살펴보고자 한다.
먼저, 사격장 및 그 주변토양의 침출수를 처리하기 위한 정화장치(1)의 구성을 살펴보면, 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 정화장치(1)의 저부는 사격장 및 그 주변토양으로부터 발생하는 침출수의 흐름을 차단하여 일정한 각도를 형성하여 집수정으로 흐를 수 있도록 바닥차수층(10)이 형성되어 있고, 그 바닥차수층(10)의 일측에는 상기 바닥차수층(10)을 따라 흐른 침출수를 집수하기 위한 집수정(20)이 형성되어 있다. 그리고 상기 집수정(20)의 일측면에는 침출수를 처리하기 위한 반응벽체(30)가 형성되어 있으며, 상기 바닥차수층(10), 집수정(20) 및 반응벽체(30)를 모두 포함할 수 있도록 연직차수벽(40)이 외둘레로 형성되어, 상기 바닥차수층(10)과 함께 침출수의 흐름을 제어하여 침출수가 효율적으로 집수정(20)으로 모일 수 있도록 한다.
상기 반응벽체(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 2중 구조로 되어 있으며, 반응벽체(30)의 전단부(301)는 영가철 95 ~ 97wt%와 제강슬래그 3 ~ 5wt%의 혼합물을 부직포에 충진한 후 이를 프레임을 이용하여 팩 형태로 제조된다.
상기 영가철은 사격장 주변 침출수에 포함되어 있는 중금속을 처리에 효과적인 기능을 갖는 것으로서, 철 박편을 2몰 농도의 염산 용액에 담가서 표면을 부식시킨 후 물로 세척하여 그 입도를 2.0 ~ 5.0mm로 균일화시킨 것을 사용한다.
그리고, 상기 제강슬래그는 제강공정에서 발생하는 폐기물 중 양적으로 가장 많이 배출되는 부산물로서 철강의 제조공정에서 철의 원료인 철광석 등으로부터 철을 분리하고 남은 암석성분으로서, 석회성분과 마그네시아(Magnesia, MgO) 그리고 기타 알칼리 성분으로 인해 물의 pH를 생성(pH 10 ~ 11)시킬 수 있고, 높은 중화능력이 있기 때문에 산을 유발하는 물질에 알칼리도를 제공할 수 있는 능력이 있다.
상기 제강슬래그는 철 성분 함량이 22%인 것으로, 제철소의 부산물로써 물로 세척하여 pH 10으로 유지시킨 입도 1.5 ~ 1.9mm의 것이다. 상기 pH를 10으로 유지하는 이유는 영가 철에 의한 중금속 처리 효율을 고려한 것이며, 입도는 영가 철의 적절한 배합을 고려한 것이다.
상기 반응벽체(30)의 후단부(302)는 폐타이어 박편을 5 ~ 10㎜의 입자크기로 성형한 후 표면에 미분말 활성탄을 코팅처리함으로써, 구형의 비표면적(Specific surface area(m2/m3))이 1,500이고, 밀도(g/cm3)가 1.06 ~ 1.03인 것으로, 슈도모나스(Pseudomonas), 아조피릴륨(Azospirillum), 버홀더리아(Burkholderia), 바실러스(bacillus), 엔터로박터(Entrobacter), 리조비움(Rhizobium), 어위니아(Erwinia), 세라치아(Serratia), 알칼리지너스(Alcaligenes), 아스로박터(Arthrobacter), 플로버박테늄(Flavobacterium) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 미생물에 의해 처리된 것을 사용한다.
상기 폐타이어 박편은 입경 5 ~ 10mm의 크기로 성형한 후 표면에 질소 분위기 하에서 700℃로 열처리한 1 ~ 10㎛ 입도의 활성탄으로 코팅하여 비표면적을 크게 한 것으로 이와 같은 조건에서의 폐타이어 박편은 미생물 부착에 의한 생물막 형성을 촉진할 수 있어 중금속 함유 침출수 처리효율을 높이게 된다.
실시 예 1: 폐타이어 박편의 제조
폐타이어는 미생물의 서식지 제공을 위한 담체 및 동시에 유기화합물 등을 흡착할 수 있는 다공성 메디아로서 사용될 수 있는 것으로, 입경이 5mm인 폐타이어를 세척·건조 후 0.1N H2SO4로 산 처리를 한 후 탈이온수로 다시 세척·건조한 폐타이어의 표면에 질소 분위기 하에서 700℃로 평균 입도 2㎛의 열처리한 활성탄으로 코팅을 코팅한 후, 상기 활성탄으로 코팅된 폐타이어 6g을 준비하여 60mL serum bottle에 넣은 후 미리 질소(N2) 가스로 purging시킨 미생물 영양액을 채운 후, 바 로 6mL의 영양액을 뺀 후 정확히 6mL의 혐기성 소화슬러지액을 주입시킨 후 외부의 공기와 완전히 차단시키기 위하여 테프론(Teflon) 재질의 septum으로 차단 후 알루미늄 캡으로 캡핑(capping)하여 빛을 차단시킨 상태에서 정치시켜 미생물의 부착을 도모하였다.
상기 활성탄(AC:Activated Carbon)은 탄소물질 또는 탄소를 함유한 물질을 탄화 및 활성화시켜 내부의 표면적이 크고 미세공(Micropore)을 잘 발달시켜 흡착능력이 매우 강한 무정계탄소(Amorphous Carbon)로서 주성분은 탄소 이외에 수소, 산소, 질소, 유황 등의 원소가 존재하며 회분(Ash) 및 수분을 내포하고 있다. 활성탄은 입자의 크기에 따라 입상활성탄(GAC)과 분말활성탄(PAC)으로 구분한다.
입상활성탄은 4 ~ 10mesh(4.5 ~ 0.15mm) 사이의 적당한 입도 범위로 조정된것으로, 8×32mesh(2.4 ~0.5mm), 12×40mesh(1.4 ~ 0.37mm)등이 사용되고 있다. 분말활성탄은 200mesh(0.074mm)이하이다.
본 발명에서 사용하는 상기 미분말 활성탄은 활성탄 자체를 사용하나, 중금속 처리 및 공극을 더욱 높이기 위하여 미분말 활성탄과 석탄회가 혼합된 형태를 사용하기도 한다.
상기 석탄회의 첨가량은 미분말 활성탄에 대해 10 ~ 25wt%의 범위 내에서 이루어지며, 상기 석탄회의 첨가량이 10wt% 미만인 경우에는 중금속 처리효과가 떨어질 수 있고, 25wt%를 초과하게 되는 경우에는 내마모성이 떨어질 수 있으므로, 상 기 석탄회의 첨가량은 미분말 활성탄에 대해 10 ~ 25wt%의 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 석탄회는 SiO2 59.90wt%, Al2O3 22.00wt%, Fe2O3 5.81wt%, CaO 3.19wt%, MgO 1.35wt%, K2O 0.97wt%, Na2O 0.83wt%, TiO2 1.27wt%, SO3 3.00wt%, 미연탄소분 1.68wt%의 성분 조성비를 갖는 것을 사용한다. 그리고, 상기 미분말 활성탄과 석탄회의 혼합은 EVA의 결합재를 사용한다.
도 3은 본 발명에 따른 다기능 투수성 반응벽체 전단부(301)를 도시한 단면도로서, 영가철과 제강슬래그의 혼합물질이 충진된 층 상부로 석분층이 반응벽체 전단부(301)의 전체 높이의 1/4 ~ 1/10로 형성되어 부직포에 충진 후 밀봉하여 이루어진 것임을 보이고 있다.
상기 석분층을 이루는 석분 즉, 석회석(Limestone)은 탄산칼슘(CaCO3)을 주성분으로 하는 퇴적암이며 경도는 3 ~ 4 정도이고 비중은 2.6 ~ 2.7이며, pH6.5 이하의 산성토양의 토양개량제로서 토양을 중화시켜 주고, Ca 영양보충과 중금속 흡수억제 미생물 활동 촉진 기능을 갖는다.
도 1은 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법에 따른 정화장치를 도시한 단면도.
도 2는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법에 따른 정화장치를 도시한 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 다기능 투수성 반응벽체 전단부를 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *
1 : 정화장치
10: 바닥차수층
20: 집수정
30: 반응벽체
40: 연직차수벽

Claims (3)

  1. 사격장 오염토양의 하부에, 바닥을 지지하고 침출수의 흐름을 유도하는 바닥차수층(10)과, 그 바닥차수층(10)의 측면 둘레로 설치되어 침출수가 일정한 방향으로 흐를 수 있도록 유도하는 연직차수벽(40)과, 상기 바닥차수층(10)과 연직차수벽(40)에 의해 유도된 침출수를 집수하는 집수정(20)과, 그 집수된 침출수를 처리하는 반응벽체(30)로 이루어진 정화장치(1)를 설치하여 침출수를 처리하는 것으로,
    사격장 오염토양으로부터 발생하는 화약류 RDX, Cu, Cd의 중금속이 다량 포함되어 있는 침출수를 집수정(20)으로 집수하는 단계와,
    상기 집수된 침출수를, 영가철과 제강슬래그의 혼합물질을 부직포에 충진 후 밀봉하여 이루어진 반응벽체 전단부(301)를 통과시켜 침출수 내의 질산염이 영가철 입자와의 반응에 의해 각각 환원되어 질소가스로 변환되어 탈기되고, 인산염은 침출수 중의 칼슘과 결합하여 하이드록시아파타이드를 형성하여 침전제거하는 단계와,
    상기 반응벽체 전단부(301)를 통해 처리된 침출수를, 폐타이어 박편이 충진되어 있는 반응벽체 후단부(302)로 통과시켜 미생물처리된 폐타이어 박편의 표면에 형성된 생물막과의 반응에 의해 중금속을 흡착하는 단계를 거쳐 사격장 오염물질 제거하는 것에 있어서,
    상기 폐타이어는 미분말 활성탄으로 코팅처리하여 처리한 구형의 비표면적(Specific surface area, ㎡/㎥) 1,500, 밀도(g/㎤) 1.06 ~ 1.03, 입자의 크기 5 ~ 10㎜인 것으로서, 그 표면에 100 ~ 200㎛의 유기성 분자 막이 형성되고, 그 막에 슈도모나스(Pseudomonas), 아조피릴륨(Azospirillum), 버홀더리아(Burkholderia), 바실러스(bacillus), 엔터로박터(Entrobacter), 리조비움(Rhizobium), 어위니아(Erwinia), 세라치아(Serratia), 알칼리지너스(Alcaligenes), 아스로박터(Arthrobacter), 플로버박테늄(Flavobacterium) 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상의 미생물이 결합된 것임을 특징으로 하는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    반응벽체 전단부(301)는 영가철과 제강슬래그의 혼합물질이 충진된 층 상부로 석분층이 반응벽체 전단부(301)의 전체 높이의 1/4 ~ 1/10로 형성되어 부직포에 충진 후 밀봉하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 사격장 오염물질 제거방법.
  3. 삭제
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