KR101269212B1 - 토양의 중금속오염 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양의 중금속을 제거하는 방법에 있어서: 투입된 토양을 바아스크린이 구비된 선별호퍼(10)로 이물질을 걸러내는 호퍼 선별단계(S10); 상기 호퍼 선별단계(S10)를 거친 토양에서 자석분리기(20)로 자성물질을 걸러내는 철물질 분리단계(S20); 상기 철물질 분리단계(S20)를 거친 토양을 진동스크린(25)을 이용하여 굵은 물질을 분리하는 굵은 물질 분리단계(S25)와, 상기 굵은 물질 분리단계(S25)를 거친 토양을 스프레이 노즐로 세척용 물을 공급하면서 로그와셔(30)로 토양내의 덩어리를 파쇄하고, 토양보다 저비중의 부유물질을 건조스크린을 통과시켜 배출시키는 부유물질 분리단계(S30); 상기 부유물질 분리단계(S30)를 거친 토양에서 모래를 수집할 수 있도록 진동세정스크린(40)으로 모래보다 입도가 큰 자갈을 순차적으로 입도별로 걸러내는 입도별 분리단계(S40); 상기 입도별 분리단계(S40)를 거친 토양에 고압의 물을 분사하여 원심력에 의해 부유되도록 하는 수력사이클론(50)으로 모래를 분리하고, 모래가 분리된 잔류토양이 이송되는 강수탱크(52)에서 제1투입기(54)로 세정액을 투입하여 화학처리를 수행하고 제2투입기(56)로 고분자전해물질을 투입하여 중금속의 응집시켜 중금속을 제거하는 중금속 침강단계(S50); 및 상기 중금속 침강단계(S50)를 거친 토양의 잔유 슬러지를 탈수된 케익 상태로 생성하고 여과액은 재사용할 수 있도록 구성하며, 여과되는 케익 내의 중금속 농도가 설정치 이상이면 화학적 처리를 더 수행토록 하는 정화단계(S60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 물사용을 최소화한 폐회로를 기반으로 하고 부유물이나 여과액을 재사용하여 친환경적인 연속공정으로 높은 처리효율을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

토양의 중금속오염 제거방법{Method for removing heavy metals from contaminated soil}

본 발명은 토양의 중금속오염 제거방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 물사용을 최소화한 폐회로를 기반으로 하고 부유물이나 여과액을 재사용하여 친환경적인 연속공정으로 높은 처리효율을 유지할 수 있는 토양의 중금속오염 제거방법에 관한 것이다.

토양환경보전법에 의하면 우려기준을 초과하여 사람의 건강 및 재산과 동식물의 생육에 지장을 주어서 토양오염에 대한 대책을 필요로 하는 토양오염의 기준을 마련하고 있다. 이처럼 토양은 물, 공기와 함께 가장 기본적인 환경의 구성 요소로서 관심이 증대되는 바, 토양오염의 사전예방 대책과 함께 토양오염 방지 및 복원을 위한 기술개발이 활발하게 진행되고 있다. 특히 토양의 중금속 제거와 관련되는 선행특허로는, 한국 등록특허공보 제0928060호의 "물리적 분리ㆍ선별에 의한 자연 발생적 중금속 오염토양의 정화 방법", 한국 등록특허공보 제0928065호의 "세척기술과 전기역학적 정화기술을 결합한 중금속 오염 토양의 정화 방법", 한국 등록특허공보 제0526993호의 "유류 및 중금속 오염 토양의 세척방법" 등이 알려져 있다.

한국 등록특허공보 제0928060호는 부유선별 공정(S20); 비중선별 공정(S30); 자력선별 공정(S40);를 포함하는 분리ㆍ선별 방법을 이용하여 중금속 함유광물만을 선택적으로 분리하여 자연 발생적 중금속 오염 토양을 효율적으로 정화 시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 본 발명은 공정이 매우 간단하고 단순한 분리ㆍ선별 방법을 제공함으로써, 오염 토양의 정화에 있어서 대량처리가 가능하고 친환경적이며 경제성이 우수하므로 활용도가 높을 것으로 기대하고 있다.

한국 등록특허공보 제0928065호는 중금속으로 오염된 토양을 1차 선별과정을 통해 협잡물을 제거하고, 협잡물에 제거된 오염토양 전체를 토양세척으로 1차 처리를 하며, 이 때 1차 처리를 마쳐도 미세토양에서는 중금속 제거가 거의 일어나지 않기 때문에, 전기역학적 정화기술의 장점을 이용하여 점토질에서 중금속물질을 제거함으로써 오염토양처리에서 폐기물의 발생을 최소화하여 처리하고자 하는 효과를 기대하고 있다.

한국 등록특허공보 제0526993호는 오염된 토양을 굴착 수거하여 세척하되, 지름이 큰 것부터 작은 것의 순서로 단계적으로 배출되는 세척된 토양을 원래 수거한 위치에 복토하거나 기타 소요처에 매립용등으로 재사용하고, 오염된 토양을 세척한 세척수에 의한 2차 오염을 방지하기 위하여 사용한 세척수를 정화하여 세척수로 재사용하는 방법을 제공하여, 오염된 토양을 연속적으로 세척함으로써 대량의 오염된 토양을 빠른 시간내에 세척할 수 있고 특히, 오염된 세척수를 재처리하여 재공급함으로써 오염된 세척수에 의해 2차오염이 발생되지 않도록 하는 효과를 기대하고 있다.

그러나, 상기한 선행특허들에 의하면 토양오염 정화의 양적능력과 질적능력 외에 경제성과 친환경성 등을 부분적으로 고려하기는 하지만 주요한 기술적 특징을 복합적으로 구현하기에는 한계가 있다.

상기와 같은 종래의 선행기술들의 한계점에서 착안되는 본 발명의 목적은, 물사용을 최소화한 폐회로를 기반으로 하고 부유물이나 여과액을 재사용하여 친환경적인 연속공정으로 높은 처리효율을 유지할 수 있는 토양의 중금속오염 제거방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 토양의 중금속을 제거하는 방법에 있어서: 투입된 토양을 바아스크린이 구비된 선별호퍼로 이물질을 걸러내는 호퍼 선별단계; 상기 호퍼 선별단계를 거친 토양에서 자석분리기로 자성물질을 걸러내는 철물질 분리단계; 상기 철물질 분리단계를 거친 토양을 진동스크린을 이용하여 굵은 물질을 분리하는 굵은 물질 분리단계와, 상기 굵은 물질 분리단계를 거친 토양을 스프레이 노즐로 세척용 물을 공급하면서 로그와셔로 토양내의 덩어리를 파쇄하고, 토양보다 저비중의 부유물질을 건조스크린을 통과시켜 배출시키는 부유물질 분리단계; 상기 부유물질 분리단계를 거친 토양에서 모래를 수집할 수 있도록 진동세정스크린으로 모래보다 입도가 큰 자갈을 순차적으로 입도별로 걸러내는 입도별 분리단계; 상기 입도별 분리단계를 거친 토양에 고압의 물을 분사하여 원심력에 의해 부유되도록 하는 수력사이클론으로 모래를 분리하고, 모래가 분리된 잔류토양이 이송되는 강수탱크에서 제1투입기로 세정액을 투입하여 화학처리를 수행하고 제2투입기로 고분자전해물질을 투입하여 중금속의 응집시켜 중금속을 제거하는 중금속 침강단계; 및 상기 중금속 침강단계를 거친 토양의 잔유 슬러지를 탈수된 케익 상태로 생성하고 여과액은 재사용할 수 있도록 구성하며, 여과되는 케익 내의 중금속 농도가 설정치 이상이면 화학적 처리를 더 수행토록 하는 정화단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 부유물질 분리단계의 직전 또는 직후 공정에서 굵은 물질 분리단계를 거치는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 입도별 분리단계는 지름 60~80㎜의 자갈, 지름 20~60㎜의 자갈, 지름 4~20㎜의 자갈을 순차적으로 분리하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 중금속 침강단계는 사이클론 방식으로 지름 0.065~4㎜의 모래를 분리하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 중금속 침강단계는 화학적 처리를 거친 후에 고분자전해질물질을 투입하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 정화단계는 여과된 케익 내의 중금속 농도가 설정치 이상이면 화학적 처리를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 물사용을 최소화한 폐회로를 기반으로 하고 부유물이나 여과액을 재사용하여 친환경적인 연속공정으로 높은 처리효율을 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 구현을 위한 주요 설비의 블록도
도 2는 본 발명에 따른 방법의 주요 공정흐름을 나타내는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 방법의 선택적 공정흐름을 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 토양의 중금속을 제거하는 방법에 관련된다. 본 발명에 따른 방법에 의하면 호퍼 선벌단계(S10), 철물질 분리단계(S20), 부유물질 분리단계(S30), 입도별 분리단계(S40), 중금속 침강단계(S50), 정화단계(S60)를 순차적으로 수행한다. 도 1에 나타내는 것처럼 선별호퍼(10), 자석분리기(20), 진동스크린(25), 로그와셔(30), 진동세정스크린(40), 수력사이클론(50), 강수탱크(52), 제1투입기(54), 제2투입기(56), 제어기(60), 필터프레스(65) 등을 활용하지만 반드시 이에 국한되는 것이 아니고 부분적으로 수작업으로 수행될 수도 있다.

본 발명의 호퍼 선별단계(S10)는 투입된 토양에서 이물질을 걸러내는 과정이다. 호퍼 선별단계(S10)에서 컨베이어벨트와 함께 선별호퍼(10)를 사용하는 것이 바람직하다. 선별호퍼(10)는 고정된 바아(bar) 스크린을 사용하여 바위, 목재, 기타 이물질을 일차적으로 제거하여 하방향의 컨베이어벨트 상으로 배출한다.

또, 본 발명의 철물질 분리단계(S20)는 상기 토양에서 자성물질을 걸러내는 과정이다. 철물질 분리단계(S20)에서 컨베이어벨트와 함께 자석분리기(20)를 사용하는 것이 바람직하다. 자석분리기(20)는 후속 공정의 설비에 손상을 초래할 수 있는 철물질을 비롯한 자성물질들을 제거한다.

또, 본 발명의 부유물질 분리단계(S30)는 상기 토양보다 저비중의 물질을 걸러내는 과정이다. 부유물질 분리단계(S30)에서 블레이드(blade) 방식의 로그와셔(log washer)(30)를 사용하는 것이 바람직하다. 로그와셔(30)는 저항체로 코팅한 크로스 블레이드 교반기를 기울여 토양 내의 덩어리를 잘게 부수면서 저비중의 부유된 물질을 건조스크린을 통과하여 배출시킨다. 물론 로그와셔(30)의 상부에서 스프레이 노즐을 통하여 세척용 물을 분사할 수도 있다.

이때, 상기 부유물질 분리단계(S30)의 직전 또는 직후 공정에서 굵은 물질 분리단계(S25)를 거친다. 처리대상 토양의 성분 구조에 따라 지름 80~150㎜의 굵은 자갈을 미리 제거할 필요가 있으며, 철물질 분리단계(S20)와 부유물질 분리단계(S30) 사이에 수행하는 것이 좋다. 굵은 물질 분리단계(S25)에서 진동스크린(25)을 사용하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 입도별 분리단계(S40)는 상기 토양을 지름의 크기에 따라 걸러내어 모래를 수집하기 위한 과정이다. 입도별 분리단계(S40)에서 진동세정스크린(40)을 사용하는 것이 바람직하다. 중금속 오염의 대부분은 입자 지름이 작은 토양에 흡착되어 발생하므로 진동세정스크린(40)을 이용하여 미립자의 미세토양을 수집해야 한다.

이때, 상기 입도별 분리단계(S40)는 지름 60~80㎜의 자갈, 지름 20~60㎜의 자갈, 지름 4~20㎜의 자갈을 순차적으로 분리한다. 진동세정스크린(40)을 이용하여 지름이 큰 자갈부터 순차적으로 제거하는 방식으로 높은 작업속도를 유지하면서 선별력을 증진할 수 있다.

또, 본 발명의 중금속 침강단계(S50)는 상기 토양에 세정액을 부가하여 중금속을 제거하는 과정이다. 중금속 침강단계(S50)에서 강수탱크(52), 제1투입기(54), 제2투입기(56)를 사용하는 것이 바람직하다. 제1투입기(54)는 강수탱크(52)에서 중금속의 강수를 위한 화학적 처리를 수행하고, 제2투입기(56)는 강수탱크(52)에 고분자전해물질을 투입하여 중금속의 응집을 수행한다.

이때, 상기 중금속 침강단계(S50)는 사이클론 방식으로 지름 0.065~4㎜의 모래를 분리한다. 중금속 침강단계(S50)에서 수력사이클론(50)을 사용하는 것이 바람직하다. 수력사이클론(50)은 고압의 물을 분사하여 원심력을 발생하면서 의해 부유하는 미세 토양(지름 0.065~4㎜의 모래)을 분리하면서 복구를 진행한다. 수력사이클론(50)은 진동세정스크린(40)과 강수탱크(52) 사이에 배치되는 것이 좋으나 이에 국한되는 것은 아니다. 토양의 성분, 중금속의 함유율, 토양입자의 분포, 세정액의 물성 등에 따라 수력사이클론(50), 강수탱크(52), 제1투입기(54), 제2투입기(56)의 배치 위치는 다르게 설정될 수 있다.

한편, 상기 중금속 침강단계(S50)는 모래가 분리된 잔류토양에 화학적 처리를 거친 후에 고분자전해질물질을 투입한다. 화학적 처리는 세정액을 투입하는 것으로서 다양한 종류의 계면활성제 중에서 선택할 수 있는 바, 비이온성, 음이온성, 양이온성 또는 양쪽성 계면활성에 제한을 두지 않는다. 고분자전해질물질은 중금속에 대한 최적의 응집력을 얻기 위해 사용되는 것으로 처리대상 토양의 중금속 함유율에 따라 투입량을 조절한다. 중금속 침강단계(S50)에서 제1투입기(54)와 제2투입기(56) 상으로 별도의 보충수를 공급할 수도 있다.

또, 본 발명의 정화단계(S60)는 상기 토양의 잔유 슬러지를 탈수된 케익 상태로 생성하는 과정이다. 정화단계(S60)에서는 제어기(60)와 필터프레스(65)를 사용하는 것이 바람직하다. 정화단계(S60)에서 저류방식으로 물을 사용하여 토양회복을 극대화하고, 필터프레스(65)를 통하여 탈수하여 집중된 고체 상태의 슬러지를 생성한다. 이러한 슬러지에서 중금속 농도를 검출함에 있어서 수작업 또는 제어기(60)를 활용한다.

이때, 상기 정화단계(S60)는 여과된 케익 내의 중금속 농도가 설정치 이상이면 화학적 처리를 더 수행한다. 도 3에서, 화학처리를 수행하여(S61) 중금속을 적출하고(S62), 필터프레스 처리를 통하여(S63) 중금속을 포함하지 않는 건조 슬러지를 생성하고, 다시 화학처리를 수행하여(S64) 중금속을 강수시키고(S65), 필터프레스 처리를 통하여(S66) 수산화물과 황화물 외에 중금속을 제거한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 선별호퍼 20: 자석분리기
25: 진동스크린 30: 로그와셔
40: 진동세정스크린 50: 수력사이클론
52: 강수탱크 54: 제1투입기
56: 제2투입기 60: 제어기
65: 필터프레스

Claims (6)

1. 토양의 중금속을 제거하는 방법에 있어서:
   투입된 토양을 바아스크린이 구비된 선별호퍼(10)로 이물질을 걸러내는 호퍼 선별단계(S10);
   상기 호퍼 선별단계(S10)를 거친 토양에서 자석분리기(20)로 자성물질을 걸러내는 철물질 분리단계(S20);
   상기 철물질 분리단계(S20)를 거친 토양을 진동스크린(25)을 이용하여 굵은 물질을 분리하는 굵은 물질 분리단계(S25)와,
   상기 굵은 물질 분리단계(S25)를 거친 토양을 스프레이 노즐로 세척용 물을 공급하면서 로그와셔(30)로 토양내의 덩어리를 파쇄하고, 토양보다 저비중의 부유물질을 건조스크린을 통과시켜 배출시키는 부유물질 분리단계(S30);
   상기 부유물질 분리단계(S30)를 거친 토양에서 모래를 수집할 수 있도록 진동세정스크린(40)으로 모래보다 입도가 큰 자갈을 순차적으로 입도별로 걸러내는 입도별 분리단계(S40);
   상기 입도별 분리단계(S40)를 거친 토양에 고압의 물을 분사하여 원심력에 의해 부유되도록 하는 수력사이클론(50)으로 모래를 분리하고, 모래가 분리된 잔류토양이 이송되는 강수탱크(52)에서 제1투입기(54)로 세정액을 투입하여 화학처리를 수행하고 제2투입기(56)로 고분자전해물질을 투입하여 중금속의 응집시켜 중금속을 제거하는 중금속 침강단계(S50); 및
   상기 중금속 침강단계(S50)를 거친 토양의 잔유 슬러지를 탈수된 케익 상태로 생성하고 여과액은 재사용할 수 있도록 구성하며, 여과되는 케익 내의 중금속 농도가 설정치 이상이면 화학적 처리를 더 수행토록 하는 정화단계(S60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양의 중금속오염 제거방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부유물질 분리단계(S30)의 굵은 물질은 지름 80㎜이상의 자갈인 것을 특징으로 하는 토양의 중금속오염 제거방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 입도별 분리단계(S40)는 지름 60~80㎜의 자갈, 지름 20~60㎜의 자갈, 지름 4~20㎜의 자갈을 순차적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 토양의 중금속오염 제거방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 중금속 침강단계(S50)의 모래는 지름이 0.065~4㎜인 것을 특징으로 하는 토양의 중금속오염 제거방법.
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